CN213904164U - 一种用于空间光学系统的恒温舱 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于航天热控技术领域，公开了一种用于空间光学系统的恒温舱，恒温舱体设置有壳体内表面，恒温舱体设置有壳体外表面；壳体外表面粘贴有电加热器和测温元件，并在非加热区域安装热管，壳体外表面包覆有多层隔热组件；壳体内表面与壳体外表面之间设置有壳体微结构和腔体；恒温舱体通过高效导热组件与辐射冷板导热连接。本实用新型能够实现光学系统工作的恒温热环境；可根据需求调整恒温舱的工作温度点，传热能力强，控温精度高；恒温舱为轻质结构，解决了空间仪器的重量需求。本实用新型恒温舱具有恒温能力强，控温精度高、可靠性高的优点，无振动，对空间光学系统的成像质量无影响。

Description

一种用于空间光学系统的恒温舱

技术领域

本实用新型属于航天热控技术领域，尤其涉及一种用于空间光学系统的恒温舱。

背景技术

目前，空间光学遥感仪器在外空间运行时，受到宇宙空间的外部热源和仪器自身运行时内部热源的共同作用，遥感器内的光学系统温度会随之波动，其变化具有时变特性。温度梯度和温度波动会造成光学元件和机械结构的变形，引起光学系统的视轴漂移和波前畸变。高精密光学仪器为获得更高的图像品质和精度要求，对光学系统的工作热环境还具有温度波动小，高稳定性的要求。

现有技术中，为实现空间光学遥感器的恒温工作环境，通常采用将高精温控要求的光学组件与整机结构隔热安装，隔离整机内部对光学组件的热辐射与热传导途径，直接对该光学系统进行独立的温控。缺点是：由光学窗口进入系统的轨道外热流无法隔离，为保证光路的尺寸稳定性，结构支撑常选用低热膨胀系数的材料来设计，而此类材料通常导热系数较低，其自身热阻大，当热量在结构件上流入、流出时，结构件温度梯度大，要实现结构件的恒温，需要耗费大量的星上资源。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中，光学结构支撑常选用低热膨胀系数、低导热系数的材料，自身热阻大；支撑多为轻量化结构，若对支撑温控时，控温回路与散热路径的设计受支撑外形的影响，实施难度大；结构支撑件与光学组件之间的热阻大、传热系数小，仅靠热传导实现恒温需要大量资源。恒温舱不受进入仪器内的外热流影响，可为光学系统提供均匀的内环境，解决了结构支撑精密控温难的问题，能实现光学系统稳定工作温度要求。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种用于空间光学系统的恒温舱。

本实用新型是这样实现的，一种用于空间光学系统的恒温舱，所述用于空间光学系统的恒温舱设置有恒温舱体；

恒温舱体设置有壳体内表面，恒温舱体设置有壳体外表面；

壳体外表面粘贴有电加热器和测温元件，并在非加热区域安装热管，壳体外表面包覆有多层隔热组件；

壳体内表面与壳体外表面之间设置有壳体微结构和腔体；

恒温舱体通过高效导热组件与辐射冷板导热连接。

进一步，所述壳体内表面喷涂光学消光涂层，留有机械安装接口，光学消光涂层采用发射率大于0.9的热控涂层消光黑漆。

进一步，所述多层隔热组件为15单元隔热组件，每单元隔热组件由一层双面镀铝薄膜和一层涤纶网组成。

进一步，所述壳体微结构为仿晶体胞元点阵结构，腔体填充传热工质。

进一步，所述恒温舱体壳体与微结构为一体化加工成型。

进一步，所述辐射冷板散热表面附有热控涂层，非散热表面包覆多层隔热组件。

进一步，所述热控涂层为粘贴OSR二次表面镜或喷涂热控白漆。

进一步，所述高效导热组件采用槽道热管或回路热管。

进一步，所述高效导热组件的热端导热安装在恒温舱体表面，高效导热组件的冷端导热安装在辐射冷板的非散热面。

进一步，所述热管的热端与恒温舱导热连接，热管的冷端与辐射冷板导热连接。

结合上述的所有技术方案，本实用新型所具备的优点及积极效果为：

本实用新型能够实现光学系统工作的恒温热环境；可根据需求调整恒温舱的工作温度点，传热能力强，控温精度高；恒温舱为轻质结构，解决了空间仪器的重量需求；无振动源，不影响光学系统成像性能，可靠性高。本实用新型恒温舱具有恒温能力强，控温精度高、可靠性高的优点，无振动，对空间光学系统的成像质量无影响。

本实用新型中壳体内表面喷涂光学消光涂层，留有机械安装接口，可安装空间光学系统；光学消光涂层采用发射率大于0.9的热控涂层消光黑漆，提高表面发射率，增强热辐射能力和杂散光抑制能力。

本实用新型中多层隔热组件为15单元隔热组件，每单元隔热组件由一层双面镀铝薄膜和一层涤纶网组成，实现隔热。

本实用新型中壳体微结构为仿晶体胞元点阵结构，腔体填充传热工质，传热工质为低密度高热容的介质，该介质与壳体材料具有相容性，可以为相变材料。

本实用新型中恒温舱体壳体与微结构为一体化加工成型，形成空腔。

本实用新型中辐射冷板散热表面附有热控涂层，非散热表面包覆多层隔热组件。

本实用新型中热控涂层为粘贴OSR二次表面镜热控涂层或喷涂白漆。

本实用新型中高效导热组件采用Ω型10*50槽道热管或回路热管。

本实用新型中高效导热组件的热端导热安装在恒温舱体表面，高效导热组件的冷端导热安装在辐射冷板的非散热面，将恒温舱里多余的热量传导至辐射冷板。

本实用新型中热管的热端与恒温舱导热连接，热管的冷端与辐射冷板导热连接，实现导热。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的用于空间光学系统的恒温舱结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的恒温舱的舱体外表面导热示意图。

图3是本实用新型实施例提供的恒温舱的舱体外表面导热示意图。

图中：1、恒温舱体；2、多层隔热组件；3、辐射冷板；4、高效导热组件；5、电加热器；6、测温元件；7、传热工质；8、壳体内表面；9、壳体外表面，10、壳体微结构；11、腔体。

图4是本实用新型实施例提供的(a)10倍太阳常数外热流常加载试验曲线和(b)10/15倍太阳常数外热流周期加载试验曲线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种用于空间光学系统的恒温舱，下面结合附图对本实用新型作详细的描述。

具体实施例一：

如图1-图3所示，本实用新型中用于空间光学系统的恒温舱中恒温舱体，由壳体表面和微结构组成，壳体表面和微结构需用同种热导材料铝硅十镁，利用增材制造方式，3D打印一体成型，二者组成的腔体填充传热工质正十六烷，填充后壳体的充液口完成密封，密封为焊接密封。

恒温舱体设置有壳体内表面8，壳体内表面8喷涂光学消光涂层，留有机械安装接口，可安装空间光学系统；光学消光涂层采用发射率大于0.9的热控涂层消光黑漆，如Z306，提高表面发射率，增强热辐射能力和杂散光抑制能力。

恒温舱体设置有壳体外表面9，壳体外表面9粘贴有电加热器5和测温元件6，并在非加热区域安装热管。壳体外表面9包覆有多层隔热组件2，隔绝恒温舱外表面与周围环境的辐射热交换；多层隔热组件2为15单元隔热组件，每单元隔热组件由一层双面镀铝薄膜和一层涤纶网组成。

其中，壳体内表面8与壳体外表面9之间设置有壳体微结构10和腔体11；壳体微结构10，为仿晶体八胞元点阵结构；壳体微结构10和腔体11均采用相同的导热材料铝硅十镁增材制造加工而成，腔体11填充传热工质7，传热工质7为低密度高热容的介质，该介质与壳体材料具有相容性，可以为相变材料；传热工质7为十八烷。

其中，电加热器5和测温元件6组成的控温回路，温控电路采用PID高精度温控方式，控温精度为±0.1K。

恒温舱体通过高效导热组件4与辐射冷板3导热连接起来，辐射冷板3散热表面附有热控涂层，非散热表面包覆多层隔热组件2。热控涂层为粘贴OSR二次表面镜热控涂层或喷涂白漆。高效导热组件4采用Ω型10*50槽道热管或回路热管，热管的热端与恒温舱导热连接，热管的冷端与辐射冷板3导热连接。高效导热组件4的热端导热安装在恒温舱体表面，高效导热组件4的冷端导热安装在辐射冷板的非散热面。

具体实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于：恒温舱体为采用热导材料整体加工而成的壳体，壳体与微结构采用不同的导热金属材料，壳体表面的材料为铝合金LY12,微结构的材料为铜合金，微结构与壳体通过低温钎焊制成一体，二者组成的腔体填充相变材料十四烷，填充后充液口完成焊接密封。

本实用新型的工作原理为：利用恒温舱壳体内填充的相变材料的潜热特性，降低舱体温度对外热流波动的敏感性；当进入舱体内的瞬时外热流过大，高效导热组件无法迅速将能量传导到辐射冷板时，恒温舱壳体内填充的相变材料利用相变潜热特性吸纳这部分能量，降低了舱体温度对外热流波动的敏感性，为高效导热组件的工作响应提供了缓冲时间；当恒温舱的温度低于维持温度时，壳体外表面的控温回路启动，进行PID精密温控，对恒温舱体进行温度补偿，使舱体维持在要求的恒温状态。

对具体实施例一进行仿真和试验测试，仿真结果和实验数据见表1和图4的(a)10倍太阳常数外热流常加载试验曲线和(b)10/15倍太阳常数外热流周期加载试验曲线。

表1

填充工质

热载荷

施加情况

环境温度

舱体最高温

舱体最低温

温度梯度

18烷

10/15倍太阳常数

周期性加载

20.1℃

29.0℃

28.9℃

0.1℃

无

10/15倍太阳常数

周期性加载

20.1℃

44℃

34.9℃

9.1℃

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于空间光学系统的恒温舱，其特征在于，所述用于空间光学系统的恒温舱设置有：

恒温舱体；

恒温舱体设置有壳体内表面，恒温舱体设置有壳体外表面；

壳体外表面粘贴有电加热器和测温元件，并在非加热区域安装热管，壳体外表面包覆有多层隔热组件；

壳体内表面与壳体外表面之间设置有壳体微结构和腔体；

恒温舱体通过高效导热组件与辐射冷板导热连接。

2.如权利要求1所述用于空间光学系统的恒温舱，其特征在于，所述壳体内表面喷涂光学消光涂层，留有机械安装接口，光学消光涂层采用发射率大于0.9的热控涂层消光黑漆。

3.如权利要求1所述用于空间光学系统的恒温舱，其特征在于，所述多层隔热组件为15单元隔热组件，每单元隔热组件由一层双面镀铝薄膜和一层涤纶网组成。

4.如权利要求1所述用于空间光学系统的恒温舱，其特征在于，所述壳体微结构为仿晶体胞元点阵结构，腔体填充传热工质。

5.如权利要求1所述用于空间光学系统的恒温舱，其特征在于，所述恒温舱体壳体与微结构为一体化加工成型。

6.如权利要求1所述用于空间光学系统的恒温舱，其特征在于，所述辐射冷板散热表面附有热控涂层，非散热表面包覆多层隔热组件。

7.如权利要求6所述用于空间光学系统的恒温舱，其特征在于，所述热控涂层为粘贴OSR二次表面镜热控涂层或喷涂白漆。

8.如权利要求6所述用于空间光学系统的恒温舱，其特征在于，所述高效导热组件采用槽道热管或回路热管。

9.如权利要求8所述用于空间光学系统的恒温舱，其特征在于，所述高效导热组件的热端导热安装在恒温舱体表面，高效导热组件的冷端导热安装在辐射冷板的非散热面。

10.如权利要求8所述用于空间光学系统的恒温舱，其特征在于，所述热管的热端与恒温舱导热连接，热管的冷端与辐射冷板导热连接。

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