CN110376704B - 一种空间光学反射镜的控温罩 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空间光学遥感器的热控技术领域，公开了一种空间光学反射镜的控温罩，所述控温罩盖设在光学反射镜的镜框上，光学反射镜的镜片位于所述控温罩的内腔中，所述控温罩的外侧设置有多个均布的加热区，所述加热区上设置有加热组件，所述加热组件用于对所述控温罩进行加热。该装置一方面保证热量有效释放提高热控制效率，另一方面保证加热片到控温罩任意位置的距离相等，使得控温罩整体热传递速率一致，减小温度变化导致的控温罩变形量；通过设置伸缩缝，在温度升高时减小控温罩中心的形变，适应太空中温度快速变化产生的较大形变。

Description

一种空间光学反射镜的控温罩
技术领域
本发明涉及空间光学遥感器的热控技术领域，尤其涉及一种空间光学反射镜的控温罩。
背景技术
反射镜是空间遥感相机光学系统中最关键的光学元件，它的面形精度对成像质量产生直接影响。在空间无重力环境下，温度的变化是对反射镜面形变化的最直接因素，可见光相机在正常成像时反射镜的面形精度一般优于12nm(rms值)，任何微小的温度变化都会对反射镜面形精度带来影响。为了保证反射镜面形精度，需要对反射镜做热控措施保证其温度稳定性。空间相机在太空工作时会经历剧烈的温度变化，绕地球转动会经历阴影区和阳照区，阳照区相机受太阳光直射，温度上升，阴影区相机处于冷黑空间，温度降低，因此反射镜的热控装置需要在阴影区时反射镜温度不降低，在阳照区保证反射镜温度不升高。
由于空间光学遥感器存在自身功耗以及反射镜支撑空间位置限制等客观因素，现有技术中的反射镜热控一般采用区域控温，即保证在一定区域范围内温度的变化满足一定的要求；随着光学遥感器辐射分辨率和几何分辨率要求越来越高，需要对反射镜温度进行精准控制，因此需要在反射镜周边不遮挡光路的有限空间内安装热控装置，热控装置上粘贴加热片进行主动控温，同时还需要热控装置具有良好的散热性以实现被动控温功能，热控装置在温度变化时不能产生自身变形或自身变形不能影响反射镜面形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间光学反射镜的热控装置，旨在解决现有技术中，热控装置控温精度不足以及加热范围小导致反射镜局部变形，导致拍摄精度降低的问题。
本发明实施例提供了一种空间光学反射镜的控温罩，所述控温罩盖设在光学反射镜的镜框上，光学反射镜的镜片位于所述控温罩的内腔中，所述控温罩的外侧设置有多个均布的加热区，所述加热区上设置有加热组件，所述加热组件用于对所述控温罩进行加热。
进一步地，所述控温罩包括底壁和沿所述底壁的边沿倾斜延伸的侧壁，所述底壁与所述镜片相对设置，所述侧壁与反射镜的镜框连接，所述加热区设置在所述底壁上。
进一步地，所述侧壁上设置有预留区，所述预留区用于设置所述加热组件，和/或设置温度传感器。
进一步地，所述侧壁通过柔性连接件和刚性连接件与所述镜框连接。
进一步地，所述控温罩由至少两个子罩拼接而成，且相邻的所述子罩之间留设有伸缩缝。
进一步地，所述伸缩缝的宽度范围为0.5mm至1.5mm。
进一步地，所述控温罩由2A12铝合金材料制成。
进一步地，所述控温罩的内壁上涂覆有反射涂层。
进一步地，所述加热组件包括加热片和连接所述加热片的控温回路。
基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明实施例中提出的空间光学反射镜的控温罩，通过设置多个加热区将加热片均布在控温罩表面，一方面保证热量有效释放提高热控制效率，另一方面保证加热片到控温罩任意位置的距离相等，使得控温罩整体热传递速率一致，减小温度变化导致的控温罩变形量；同时，通过在控温罩上设置伸缩缝，在温度升高时减小控温罩中心的形变，适应太空中温度快速变化产生控温罩中部突起产生的形变。
附图说明
图1为本发明实施例一中的空间光学反射镜的控温罩的结构主视图；
图2为本发明实施例一中的空间光学反射镜的控温罩的结构俯视图；
图3为本发明实施例一中的空间光学反射镜的控温罩的结构左视图；
图4为本发明实施例一中的空间光学反射镜的控温罩的控温罩底面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
如图1所示，本发明中的空间光学反射镜热控装置包括控温罩1、控温组件2。空间光学反射镜3设在控温罩1内。
具体的，控温罩1的外形为罩子的形状，其具有底壁以及侧壁，控温罩1的侧壁为从底壁的边沿倾斜向上延伸形成。其中，控温罩1的底壁内侧与反射镜3相对设置，控温罩1的侧壁与反射镜3的镜框连接。由此，反射镜3被完全置于控温罩1的温度传递的范围内，确保辐射热量全面，有效热量不流失。
控温罩1采用金属材料制成，优选2A12硬铝合金材料制成，该材料具备高强度高硬度的特点，并且热导率高。高热导率材料可以将控温组件2所产生的热量快速传递到控温罩1整体，实现对控温罩1的精准温控。控温罩1底壁内侧面向光学反射镜3的一面喷涂有反射层，该反射层由热控材料组成，不但可以保证反射镜镜体温度传递均匀，同时具有良好的热辐射功能，实现对反射镜3的精准控温。另一方面，控温罩1温度达到均衡的时间短，保证热量沿各个发散角均匀辐射，引起的变形量相对一致，能保证控温罩1整体变形量较小，减少控温罩1对反射镜3的形状产生影响，保证反射镜3的面形精度，避免了由于反射镜3温控引起的空间相机成像质量下降，为空间相机在轨的高成像质量提供良好的基础。
简而言之，通过将控温罩1全包围反射镜3，并且采用新型的2A12铝合金材料制作控温罩1，将控温组件2产生的热量全部传递给控温罩1，从而实现对反射镜3的快速控温，并且降低对反射镜3的面型精度的影响。
控温罩包括多个子罩，每个相邻的子罩之间留有伸缩缝。如图1和图4所示，本实施例中，控温罩1左子罩4和右子罩5两个部分，左子罩4和右子罩5拼接成控温罩1。左子罩4和右子罩5之间留有伸缩缝6。左子罩4和右子罩5通过连接件与反射镜3的镜框相连接。左子罩4和右子罩5的侧壁分别与反射镜3的镜框连接，且左子罩4的底壁和右子罩5的底壁在同一个平面上，控温罩左子罩4和右子罩5拼接形成完整的控温罩。
伸缩缝6设在控温罩1的中线处，且控温罩左子罩4和右子罩5的结构和形状关于该伸缩缝6成镜像对称。通过结构设计和有限元分析，确定伸缩缝6的宽度范围为：0.5mm至1.5mm，优选的最佳宽度为1mm。该伸缩缝6用于吸收控温罩1迅速受热后的产生的形变，防止控温罩1温度变化较大时左子罩4与右子罩5相互干涉或挤压，避免了控温罩1受热内应力大导致的中心位置的凸起问题。
如图4所示，控温罩1底壁的形状与反射镜3的形状相同，控温罩1底壁的边缘与反射镜3的边缘对齐。左子罩4和右子罩5的侧壁通过连接件与光学反射镜3的镜框连接，并且其连接的螺栓采用内凹螺栓保证其形状的一致性和连接的稳固。控温罩底壁的周边均设有多个连接点，其包括刚性连接点8和柔性连接点9。其中，刚性连接点8和柔性连接点9交替设置。刚性连接点8通过固定连接件将控温罩1与光学反射镜镜框进行固定连接，其用于将光学反射镜3固定在控温罩1的底壁，保证连接的稳定性。柔性连接点9用柔性连接件连接光学反射镜镜框与控温罩1，在柔性连接点处反射镜3能够相对控温罩1发生少量位移，有效释放热应力引起的控温罩1的形变，从而防止控温罩1的形变传递到反射镜3上，保证反射镜3的面型精度和结构稳定。
如图2所示，在控温罩1的底壁设有多个加热区，其中，控温罩左子罩4设有四个加热区，分别是：加热区A、加热区B、加热区C、加热区D。四个加热区均布在控温罩1的底壁，并且加热区A、加热区B设在上排，加热区C、加热区D设置在下排。四个加热区在横向和纵向对齐排列。如图4所示，控温罩右子罩5同样设置了四个加热区，其结构和功能与左子罩4相同，在此不做赘述。
该加热区用于粘贴控温组件2。控温组件2包括多个加热片和控温回路。加热片用于对控温罩1进行主动控温。每个加热区中均设有控温组件，其中加热片粘贴在加热区的中部，保证热量传递至控温罩1各处的距离相等，保证控温效果控制热量传递的速度，保证控温罩1的变形量对反射镜3不产生影响。
多个加热片从多个点同时对控温罩1进行热传递，能实现控温罩1的快速、均匀加热，相比于现有技术中的小区域、集中加热的方式，提高了控温罩加热的效率，减小了控温罩局部的温度变化，降低了控温罩面型精度的变化率。
如图3所示，在控温罩1的侧壁还设有预留区7。当左子罩4和右子罩5中的加热片控温能力不足时，左侧壁和右侧壁的预留区7可以设置多个加热片，增设的加热片能够对控温罩1进行主动温度控制。或者，预留区7也可以设置温度传感器，用于对控温罩1的温度进行实时测量，进一步的提高控温罩1的温度控制精度。
本发明实施例提出的空间光学反射镜的控温罩，其与现有技术相比，具有如下特点：
1)本发明的空间光学反射镜控温组件，将控温罩1包围反射镜3，同时扩大了控温组件2的布置范围，保证反射镜3在复杂的温度变化情况下保持在近似恒温的条件下运作，提高了反射镜3温控效率和精度。
2)通过设置将控温罩分成多个子罩，相邻的子罩之间设置伸缩缝6，有效解决了控温罩2自身形变影响反射镜3面型，降低反射镜3精度的问题，提高了空间相机的成像质量，为空间相机在轨的高成像质量提供了有力的保障。
以上所述实施例，仅为本发明具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改、替换和改进等等，这些修改、替换和改进都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.空间光学反射镜的控温罩，其特征在于，所述控温罩盖设在光学反射镜的镜框上，光学反射镜的镜片位于所述控温罩的内腔中，所述控温罩的外侧设置有多个均布的加热区，所述加热区上设置有加热组件，所述加热组件用于对所述控温罩进行加热；所述控温罩的内壁上涂覆有反射涂层，所述反射涂层由热控材料组成；所述控温罩包括底壁和沿所述底壁的边沿倾斜延伸的侧壁，所述底壁与所述镜片相对设置，所述侧壁与反射镜的镜框连接，所述加热区设置在所述底壁上；所述加热组件包括多个加热片和连接所述加热片的控温回路，多个所述加热片粘贴在所述加热区的中部，多个所述加热片从多个点同时对所述控温罩进行热传导；所述底壁的周边设置有多个连接点，包括刚性连接点和柔性连接点，所述刚性连接点和所述柔性连接点交替设置，所述侧壁通过刚性连接件于所述刚性连接点与所述镜框相连，并通过柔性连接件于所述柔性连接点与所述镜框相连。
2.根据权利要求1所述的空间光学反射镜的控温罩，其特征在于，所述侧壁上设置有预留区，所述预留区用于设置所述加热组件，和/或设置温度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的空间光学反射镜的控温罩，其特征在于，所述控温罩由至少两个子罩拼接而成，且相邻的所述子罩之间留设有伸缩缝。
4.根据权利要求3所述的空间光学反射镜的控温罩，其特征在于，所述伸缩缝的宽度范围为0.5mm至1.5mm。
5.根据权利要求1或2所述的空间光学反射镜的控温罩，其特征在于，所述控温罩由2A12铝合金材料制成。
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