留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

“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
    下载: 导出CSV
  • [1] 郭玲华, 邓峥, 陶家生, 等.国外地球静止轨道遥感卫星发展初步研究[J].航天返回与遥感, 2010, 31(6):23-30. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2010.06.004

    GUO L H, DENG Z, TAO J S, et al.Preliminary research on development of foreign geosynchronous orbit remote sensing satellite[J].Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2010, 31(6):23-30(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2010.06.004
    [2] 陆震.美国空间态势感知能力的过去和现状[J].兵器装备工程学报, 2016(1):1-8. doi: 10.11809/scbgxb2016.01.001

    LU Z.History and status of US space situational swareness[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2016(1):1-8(in Chinese). doi: 10.11809/scbgxb2016.01.001
    [3] 代科学, 冯占林, 万歆睿.俄罗斯空间态势感知体系发展综述[J].中国电子科学研究院学报, 2016, 11(3):233-238. doi: 10.3969/j.issn.1673-5692.2016.03.004

    DAI K X, FENG Z L, WAN X R.Review of russian space situational awareness system development[J].Journal of China Academy of Electronics and Information Technology, 2016, 11(3):233-238(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-5692.2016.03.004
    [4] 曹斌.国外空间目标监视系统的发展[J].军事文摘, 2015(21):18-22. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSWN201521007.htm

    CAO B.The development of foreign space target surveillance system[J].Military Digest, 2015(21):18-22(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSWN201521007.htm
    [5] 李果, 孔祥皓, 刘凤晶, 等."高分四号"卫星遥感技术创新[J].航天返回与遥感, 2016, 37(4):7-15. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2016.04.002

    LI G, KONG X H, LIU F J, et al.GF-4 satellite remote sensing technology innovation[J].Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2016, 37(4):7-15(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2016.04.002
    [6] 练敏隆, 石志城, 王跃, 等."高分四号"卫星凝视相机设计与验证[J].航天返回与遥感, 2016, 37(4):32-39. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2016.04.005

    LIAN M L, SHI Z C, WANG Y, et al.Design and verification of the staring camera on board GF-4 satellite[J].Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2016, 37(4):32-39(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2016.04.005
    [7] 于峰, 王兵, 赵振明.太阳辐射参数对透射系统热设计的影响及仿真对策[J].航天返回与遥感, 2013, 34(2):36-41. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2013.02.006

    YU F, WANG B, ZHAO Z M.Influence of solar radiation parameters on optical lens thermal design and its simulation countermeasure[J].Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2013, 34(2):36-41(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2013.02.006
    [8] 赵振明, 王兵, 高娟.地球静止轨道凝视型相机热设计与热分析[J].航天返回与遥感, 2010, 31(3):34-40. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HFYG201003008.htm

    ZHAO Z M, WANG B, GAO J.Preliminary research on the thermal design methods of the geosynchronous orbit starting camera[J].Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2010, 31(3):34-40(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HFYG201003008.htm
    [9] 赵振明, 雷文平.环路热管在CCD热设计中的应用[C]//第十二届全国热管会议, 2010: 301-306.

    ZHAO Z M, LEI W P.Application of loop heat pipe in thermal design of CCD[C]//12CHPC, 2010: 301-306(in Chinese).
    [10] 李春林.空间光学遥感器热控技术研究[J].宇航学报, 2014, 35(8):863-870. doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2014.08.001

    LI C L.Research on space optical remote sensor thermal control technique[J].Journal of Astronautics, 2014, 35(8):863-870(in Chinese). doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2014.08.001
    [11] 陈立恒, 吴清文, 刘巨, 等.基于热光学技术的空间光学系统热设计[J].中国光学与应用光学, 2010, 3(3):223-228. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGA201003007.htm

    CHEN L H, WU Q W, LIU J, et al.Thermal design of space optical system based on thermal-optical technique[J].Chinese Journal of Optics and Applied Optics, 2010, 3(3):223-228(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGA201003007.htm
    [12] 张月, 王超, 苏云, 等.地球静止轨道甚高分辨率成像系统热控方案[J].红外与激光工程, 2014, 43(9):3116-3121. doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2014.09.059

    ZHANG Y, WANG C, SU Y, et al.Thermal control scheme for ultrahigh resolution imaging system on geosynchronous orbit[J].Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(9):3116-3121(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2014.09.059
    [13] 刘振宇, 程惠尔, 孙敬良.同步轨道遥感器热设计和热分析[J].中国空间科学技术, 2009(3):29-35. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGKJ200903008.htm

    LIU Z Y, CHENG H E, SUN J L.Thermal control design and analysis of remote sensor onboard geostationary satellite[J].Chinese Space Science and Technology, 2009(3):29-35(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGKJ200903008.htm
    [14] 于峰, 徐娜娜, 赵宇, 等."高分四号"卫星相机热控系统设计及验证[J].航天返回与遥感, 2016, 37(8):72-79. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HFYG201604010.htm

    YU F, XU N N, ZHAO Y, et al.Thermal design and test for space camera on GF-4 satellite[J].Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2016, 37(8):72-79(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HFYG201604010.htm
    [15] 隋微微, 陈砚朋, 孙敬文, 等.卫星太阳基板表面玻璃型二次表面镜热控涂层及制备方法: CN201811505644.0[P].2019-05-03.

    SUI W W, CHEN Y P, SUN J W, et al.Thermal control coating of glass secondary surface mirror on satellite solar substrate and its preparation method: CN201811505644.0[P].2019-05-03(in Chinese).
    [16] 雷辉, 卢鹉, 贺晨, 等.新型防静电白色热控涂层的乃空间环境及工艺性能[C]//第十四届空间热物理会议, 2019: 579-585.

    LEI H, LU W, HE C, et al.Space environmental and technical performances of the new antistatic white thermal control coatings[C]//The 14th Space Thermophysics Conference, 2019: 579-585(in Chinese).
    [17] 袁观明.高导热炭材料的制备研究[D].武汉: 武汉科技大学, 2012.

    YUAN G M.Research on preparation of carbon materials with high thermal conductivity[D].Wuhan: Wuhan University of Science and Technology, 2012(in Chinese).
    [18] 杜淼, 张光荣.石墨烯的制备及其应用研究进展[J].无机盐工程, 2019, 51(3):12-15.

    DU M, ZHANG G R.Progress in preparation and application of graphene[J].Inorganic Chemicals Industry, 2019, 51(3):12-15(in Chinese).
  • 加载中
图(11) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  968
  • HTML全文浏览量:  134
  • PDF下载量:  268
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答