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“高分四号”卫星相机在轨温度分析及热设计优化

于峰 徐娜娜 赵振明

于峰, 徐娜娜, 赵振明等 . “高分四号”卫星相机在轨温度分析及热设计优化[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(1): 177-186. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0053
引用本文: 于峰, 徐娜娜, 赵振明等 . “高分四号”卫星相机在轨温度分析及热设计优化[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(1): 177-186. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0053
YU Feng, XU Nana, ZHAO Zhenminget al. On-orbit temperature analysis and thermal design optimization for camera on GF-4 satellite[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(1): 177-186. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0053(in Chinese)
Citation: YU Feng, XU Nana, ZHAO Zhenminget al. On-orbit temperature analysis and thermal design optimization for camera on GF-4 satellite[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(1): 177-186. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0053(in Chinese)

“高分四号”卫星相机在轨温度分析及热设计优化

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0053
详细信息
    作者简介:

    于峰  男, 硕士, 高级工程师。主要研究方向:航天遥感器系统热设计

    通讯作者:

    于峰, E-mail: njlgyufeng@163.com

  • 中图分类号: V423.4

On-orbit temperature analysis and thermal design optimization for camera on GF-4 satellite

  • 摘要:

    随着空间相机分辨率日益提升,对光机主体等核心部组件的温度稳定性和均匀性要求也越来越高,地球静止轨道(GEO)空间外热流复杂且恶劣,实现相机高精度热设计挑战极大。针对"高分四号"卫星相机热设计的难点和特点,基于结构热控一体化的设计理念,采取了入光口热流屏蔽、间接辐射控温、散热面耦合等热控技术,实现了相机高精度控温;分析了相机入轨4年的温度数据及符合情况,验证了相机热设计的正确性,并根据在轨运行情况提出了热设计优化建议,为进一步提升地球静止轨道相机控温精度、降低热控资源提供支撑。

     

  • 图 1  相机主光学系统示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of main optical system of camera

    图 2  电子设备散热设计示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of heat dissipation design of electronic equipment

    图 3  主承力结构在轨温度数据

    Figure 3.  On-orbit temperature data of main bearing structure

    图 4  主镜在轨温度数据

    Figure 4.  On-orbit temperature data of main mirror

    图 5  制冷机热端在轨温度数据

    Figure 5.  On-orbit temperature data of refrigerator's hot end

    图 6  CMOS在轨温度数据

    Figure 6.  On-orbit temperature data of CMOS

    图 7  相机热分析模型

    Figure 7.  Thermal analysis model of camera

    图 8  相机遮光罩温度变化情况对比

    Figure 8.  Temperature change comparison of camera's hood

    图 9  相机主镜温度变化情况对比

    Figure 9.  Temperature change comparison of camera's main mirror

    图 10  不同热阻下相机主镜温度变化对比

    Figure 10.  Temperature change comparison of camera's main mirror under different thermal resistance

    图 11  优化方案5电子设备散热示意图

    Figure 11.  Heat dissipation diagram of electronic equipment in optimization design 5

    表  1  相机各关键部组件温度数据

    Table  1.   Temperature data of key components of camera

    部组件 转移轨道温度/℃ 2016年春分温度/℃ 2019年8.8°温度/℃ 2019年夏至温度/℃
    主镜 16.4~16.6 17.3~19.4 17.5~20.5 17.8~20.3
    次镜 19.6~19.7 19.9~20.4 19.9~20.6 20.0~20.6
    前镜筒 20.0~20.3 20.0~20.3 20.0~20.3 20.1~20.3
    主承力结构 19.6~20.3 19.7~20.3 19.7~20.5 19.7~20.4
    CMOS器件 7.8~7.9 7.7~9.8 7.2~22.2 7.2~22.9
    制冷机压缩机 1.1 4.2~5.0 4.4~5.2 4.4~5.3
    制冷机膨胀机 0.8 3.3~4.5 3.3~4.5 3.4~5.0
    红外焦面电路盒 9.7~10.0 9.3~16.5 9.3~16.5 9.3~17.3
    红外视频电路盒 8.5~11.6 8.3~14.3 8.3~14.5 8.3~14.3
    红外电源盒 4.1~5.1 2.6~6.7 2.7~6.8 2.7~7.1
    可见光电源盒 2.1~2.9 4.7~11.3 4.7~11.4 4.8~11.9
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-25
  • 录用日期:  2020-06-06
  • 网络出版日期:  2021-01-20

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