CN113515002A - 外热流抑制的星载遮光系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外热流抑制的星载遮光系统，包括支撑装置、遮光板以及驱动装置，所述遮光板沿所述支撑装置的周向布置且能够在所述驱动装置的驱使下绕所述支撑装置做周向运动，本发明采用旋转机构，将遮光罩体适时调整到太阳光照射方向，根据太阳光照射情况对遮光罩实时进行调整，解决了现有卫星光学载荷因为遮光罩导致的热量聚集问题，能够降低大尺寸遮光罩的热量聚集，且支撑装置、遮光板均采用轻质材料，具有可自行调整遮光角、可级联使用、质量轻、刚度好的优点。

Description

外热流抑制的星载遮光系统

技术领域

本发明涉及星敏感器遮光罩结构与热设计技术领域，具体地，涉及一种外热流抑制的星载遮光系统。

背景技术

目前，高分辨率卫星光学相机载荷的分辨率逐渐提高，为了提高光学载荷的探测能力，对相机杂散光的抑制提出了更高的要求。视场外光源在光学系统面上产生的杂散光以杂光直接照射到主镜上产生一次散射影响最为严重。抑制杂散光的主要手段，是在相机光学系统前置一个遮光罩，阻档视场外光线，使它不能直射主镜，避免一次散射。通常，光学系统的遮光罩往往做的很长来减少一次散射杂光的影响，这就使得遮光罩的重量大大增加。另一方面，由于遮光罩直接暴露在光源直射环境下聚集大量的热量，并在背面产生红外辐射，影响相机光学系统的分辨率，需要采取温度控制措施，将积累的热量导出并散发出去，使得遮光罩系统需要采取大量的热控措施，并消耗星上能源，将积累的热量导出并散发出去。以上种种原因，导致遮光罩系统既占用了卫星的载荷重量资源，又占用了卫星的能源资源，亟需改进。

目前已有一些关于卫星遮光罩的研究。中国科学院西安光学精密机械研究所的李创等发明的《一种可折叠和展开的光学相机遮光罩》(CN101546091A)，采用桁条加挡光板的构型，解决了现有光学相机遮光罩因为增加遮光罩的长度而导致的存储体积增大、重量增加的技术问题。中国科学院光电技术研究所的任绍恒等发明的《一种带有多个小口径的遮光罩》(CN102253439A)，这种遮光罩在遮光罩圆端面上开有很多个通光小孔，这些通光小孔按照一定的规律紧密排列，遮光罩分割的小口径越多，遮光罩的长度也就越短，从而减轻了整个仪器的重量和体积，对遮光罩的减重有积极作用。然而，以上研究重点着眼于遮光罩的减重，虽然对传统遮光罩有所改进，然而减重效果有限，且未能将外热流的问题考虑进来。

中国科学院上海技术物理研究所蒋范明等发明了一种《空间遥感器随动遮光罩控制系统》(CN102566596A)，系统工作时，先利用太阳敏感器检测太阳相对于遮光罩的方位角，并将实时的方位角信息传递给控制系统；控制系统根据得到的太阳位置信息计算出遮光罩需要转动的角度，并通过驱动步进电机来带动遮光罩旋转到理想的遮蔽位置，处于该位置时遮光罩主体长边对日，短边背日，能从源头上解决太阳引起的杂散光和热流量问题。以上发明采用了转动机构，根据太阳光照射情况对遮光罩实时进行调整，对遮光罩的热流量的抑制有显著效果。然而，在外热流的吸收散热问题上，没有提出更新的措施。

北京空间机电研究所的颜吟雪等发明的《一种可展开遮光罩》(CN103645756A)包括流体回路管路、翅片、隔热组件和温控系统。设计的可展开遮光罩具备流体控温功能，解决了目前大口径光学遥感器可展开遮光罩的控温问题，当太阳光直射遮光罩内的翅片或者流体回路管路上时，热量通过流体回路被迅速带走，达到了迅速均温的效果，保证了光学镜头的均匀性与稳定性，提高了成像质量。同时流体回路也能为遥感器整机的热控系统提供辅助调节作用。然而，以上措施主要从散热角度考虑遮光罩的热控，对减少遮光罩的热量吸收没有提及。

综上所述，基于现有技术中遮光罩系统的种种缺陷，亟待研制一种新的星载遮光系统以满足遮光设备的各种要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种外热流抑制的星载遮光系统。

根据本发明提供的一种外热流抑制的星载遮光系统，包括支撑装置、遮光板以及驱动装置；

所述遮光板沿所述支撑装置的周向布置且能够在所述驱动装置的驱使下绕所述支撑装置做周向运动。

优选地，所述支撑装置上设置有环形导轨，所述驱动装置的一端连接所述遮光板，所述驱动装置的另一端与所述环形导轨滑动或转动配合。

优选地，所述环形导轨的数量为两个且两个所述环形导轨分别通过连接接头与所述支撑装置的两端可拆卸连接。

优选地，所述连接接头采用碳纤维材料制作；

所述环形导轨采用钛合金材料制作。

优选地，所述支撑装置包括桁架，所述桁架与所述连接接头胶接。

优选地，所述桁架包括多根竖杆以及多根斜杆；

多根所述竖杆绕平行于所述桁架轴心的周向均匀布置并形成环形结构，每两根竖杆之间均交叉设置有两根斜杆，其中：

一根斜杆的一端连接其中一根竖杆的一端，一根斜杆的另一端连接其中另一根竖杆的另一端，另一根斜杆的一端连接其中另一根竖杆的一端，另一根斜杆的另一端连接其中一根竖杆的另一端。

优选地，所述桁架均为碳纤维结构，采用高弹性模量的M55J材料。

优选地，所述遮光板的横截面为半圆环形结构且采用蜂窝板结构；

所述遮光板的外表面上设置有太阳能电池片，能够将投射在所述遮光板表面的光能转化为电能。

优选地，所述遮光板包括上外蒙皮、下外蒙皮、蜂窝芯子以及胶膜；

所述上外蒙皮、下外蒙皮分别设置在蜂窝芯子的两面且所述上外蒙皮与蜂窝芯子之间、下外蒙皮与蜂窝芯子之间分别设有胶膜。

优选地，所述上外蒙皮、下外蒙皮均采用碳纤维材料且采用准各项同性铺层；

所述蜂窝芯子采用铝材质。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用旋转机构，将遮光罩体适时调整到太阳光照射方向，根据太阳光照射情况对遮光罩实时进行调整，解决了现有卫星光学载荷因为遮光罩导致的热量聚集问题，能够降低大尺寸遮光罩的热量聚集，对遮光罩的热流量的抑制有显著效果，具有可自行调整遮光角、可级联使用的优点。

2、本发明采用低热膨胀的碳纤维材料作为遮光罩主要原材料并采用蜂窝板结构，有效减轻了遮光罩的重量，具有重量轻、刚性好的特点，且支撑装置的整体采用轻质材质，在一定程度上减少整星重量。

3、本发明中支撑装置采用碳纤维制作的桁架结构，具有重量轻、刚性好的优势。

4、本发明遮光罩外侧铺设太阳电池阵，能够有效将照射在遮光罩表面的的太阳能转化为电能，以支撑遮光罩的热控系统的能源需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中外热流抑制的星载遮光系统的结构示意图；

图2为支撑装置的侧面结构示意图；

图3为支撑装置沿轴线方向俯视或仰视的结构示意图；

图4为遮光板蜂窝板的结构示意图。

图中示出：

支撑装置1 竖杆7

遮光板2 斜杆8

驱动装置3 上外蒙皮9

环形导轨4 下外蒙皮10

连接接头5 蜂窝芯子11

桁架6

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提供了一种外热流抑制的星载遮光系统，解决了现有卫星光学载荷因为遮光罩导致的热量聚集问题，且可在一定程度上减少整星重量。如图1所示，包括支撑装置1、遮光板2以及驱动装置3，所述遮光板2沿所述支撑装置1的周向布置且能够在所述驱动装置3的驱使下绕所述支撑装置1做周向运动。

进一步地，所述遮光板2的横截面为半圆环形结构且采用蜂窝板结构，所述遮光板2包括上外蒙皮9、下外蒙皮10、蜂窝芯子11以及胶膜12，所述上外蒙皮9、下外蒙皮10分别设置在蜂窝芯子11的两面且所述上外蒙皮9与蜂窝芯子11之间、下外蒙皮10与蜂窝芯子11之间分别设有胶膜12，其中，所述上外蒙皮9、下外蒙皮10均采用碳纤维材料且采用准各项同性铺层，所述蜂窝芯子11采用铝材质。

同时，所述遮光板2的外表面上设置有太阳能电池片，能够将投射在所述遮光板2表面的光能转化为电能。

具体地，所述支撑装置1上设置有环形导轨4，所述驱动装置3的一端连接所述遮光板2，所述驱动装置3的另一端与所述环形导轨4滑动或转动配合，驱动装置3能够带动遮光板2沿环形导轨4做周向运动。所述环形导轨4的数量优选为两个且两个所述环形导轨4分别通过连接接头5与所述支撑装置1的两端可拆卸连接，所述连接接头5优选采用碳纤维材料制作，所述环形导轨4优选采用钛合金材料制作。

具体地，所述支撑装置1包括桁架6，所述桁架6均为碳纤维结构，优选采用高弹性模量的M55J材料。高强高模碳纤维具有高比模量、热膨胀系数小、尺寸稳定等系列优点，是卫星和航天器的主体结构、功能结构和防护结构等不可替代的关键材料，M55J碳纤维拉伸强度高达4.86GPa。

所述桁架6与所述连接接头5胶接，所述桁架6包括多根竖杆7以及多根斜杆8，多根所述竖杆7绕平行于所述桁架6轴心的周向均匀布置并形成环形结构，每两根竖杆7之间均交叉设置有两根斜杆8，其中：一根斜杆8的一端连接其中一根竖杆7的一端，一根斜杆8的另一端连接其中另一根竖杆7的另一端，另一根斜杆8的一端连接其中另一根竖杆7的一端，另一根斜杆8的另一端连接其中一根竖杆7的另一端。

实施例2：

本实施例为实施例1的优选例。

本实施例中，支撑装置1上设有螺纹孔，连接接头5上设有通孔，连接接头5优选通过钛合金螺钉等紧固件安装在环形导轨4上，连接接头5与桁架6之间采用J133胶胶接连接。

本实施例中，驱动装置3一端与遮光板2相连，另一端通过转动轮与环形导轨4相连并实现转动配合，驱动装置3设有电机，电机驱动能够使得驱动装置3带动遮光板2沿环形导轨4进行周向运动，从而改变遮光板2的遮挡位置。

连接接头5为碳纤维材料，优选T800高强度碳纤维，保证环形导轨4与桁架6间的连接强度，环形导轨4选用钛合金材料TC4R。

桁架6由8根竖杆7、8根斜杆8首尾相连，杆件直径30mm，杆件壁厚1mm，桁架6各杆件均采用碳纤维结构，采用高弹性模量的M55J材料制作，铺层采用[±30°/02°/±30°/02°/±30°]，0°方向沿着杆件轴向。

本实施例中，遮光板2的横截面半圆环形，采用蜂窝板结构，蜂窝板蜂窝板厚度20mm，上外蒙皮9、下外蒙皮10均采用M55J碳纤维，蒙皮厚度0.3mm，采用准各项同性铺层，每层厚度0.1mm，铺层方向[60°/0°/-60°]；蜂窝芯子11采用铝蜂窝芯子，规格5mm×0.04mm；蜂窝芯子11与上外蒙皮9、下外蒙皮10之间分别填充J78B胶膜，厚度为0.15mm。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种外热流抑制的星载遮光系统，其特征在于，包括支撑装置(1)、遮光板(2)以及驱动装置(3)；

所述遮光板(2)沿所述支撑装置(1)的周向布置且能够在所述驱动装置(3)的驱使下绕所述支撑装置(1)做周向运动。

2.根据权利要求1所述的外热流抑制的星载遮光系统，其特征在于，所述支撑装置(1)上设置有环形导轨(4)，所述驱动装置(3)的一端连接所述遮光板(2)，所述驱动装置(3)的另一端与所述环形导轨(4)滑动或转动配合。

3.根据权利要求2所述的外热流抑制的星载遮光系统，其特征在于，所述环形导轨(4)的数量为两个且两个所述环形导轨(4)分别通过连接接头(5)与所述支撑装置(1)的两端可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的外热流抑制的星载遮光系统，其特征在于，所述连接接头(5)采用碳纤维材料制作；

所述环形导轨(4)采用钛合金材料制作。

5.根据权利要求3所述的外热流抑制的星载遮光系统，其特征在于，所述支撑装置(1)包括桁架(6)，所述桁架(6)与所述连接接头(5)胶接。

6.根据权利要求5所述的外热流抑制的星载遮光系统，其特征在于，所述桁架(6)包括多根竖杆(7)以及多根斜杆(8)；

多根所述竖杆(7)绕平行于所述桁架(6)轴心的周向均匀布置并形成环形结构，每两根竖杆(7)之间均交叉设置有两根斜杆(8)，其中：

一根斜杆(8)的一端连接其中一根竖杆(7)的一端，一根斜杆(8)的另一端连接其中另一根竖杆(7)的另一端，另一根斜杆(8)的一端连接其中另一根竖杆(7)的一端，另一根斜杆(8)的另一端连接其中一根竖杆(7)的另一端。

7.根据权利要求5所述的外热流抑制的星载遮光系统，其特征在于，所述桁架(6)均为碳纤维结构，采用高弹性模量的M55J材料。

8.根据权利要求1所述的外热流抑制的星载遮光系统，其特征在于，所述遮光板(2)的横截面为半圆环形结构且采用蜂窝板结构；

所述遮光板(2)的外表面上设置有太阳能电池片，能够将投射在所述遮光板(2)表面的光能转化为电能。

9.根据权利要求1所述的外热流抑制的星载遮光系统，其特征在于，所述遮光板(2)包括上外蒙皮(9)、下外蒙皮(10)、蜂窝芯子(11)以及胶膜(12)；

所述上外蒙皮(9)、下外蒙皮(10)分别设置在蜂窝芯子(11)的两面且所述上外蒙皮(9)与蜂窝芯子(11)之间、下外蒙皮(10)与蜂窝芯子(11)之间分别设有胶膜(12)。

10.根据权利要求9所述的外热流抑制的星载遮光系统，其特征在于，所述上外蒙皮(9)、下外蒙皮(10)均采用碳纤维材料且采用准各项同性铺层；

所述蜂窝芯子(11)采用铝材质。

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