红外与激光工程
2023, 52(11): 20230187
1 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院智能红外感知重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
大动态、高精度主动热控技术是高轨大型空间相机高性能、长寿命运行的核心关键。空间相机主动热控系统既要满足高精度测控温要求，又要实现小型化、集成化以降低资源和功耗需求。然而，传统以中央处理器（CPU）和数字信号处理器（DSP）为控制单元的架构难以满足高集成化的设计需要，且热控功率较大，需进行功率管理以满足整星能源要求。针对以上问题，面向地球同步轨道大型空间相机大动态、高精度的测控温需求，设计了以现场可编程门阵列（FPGA）为核心控制单元的主动热控系统，利用FPGA的高速并行处理能力和丰富接口资源，实现复杂空间相机高集成度高精度主动热控。设计了热控功率错峰功能，对加热片采用分时控制，动态实时检测热控功率，在保障相机关键部件控温精度的前提下，将热控功率限定在功率设定值。该系统已应用于地球同步轨道大型空间相机，对相机108路加热、138路测温和2个星上黑体进行高精度测控温，通过地面和在轨测试验证了主动热控系统设计的合理性和正确性。
成像系统 相机 主动热控 高精度测控温 热控功率错峰 地球同步轨道 中国激光
2023, 50(22): 2210002
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 苏州联讯仪器股份有限公司设备部，江苏 苏州 215000
为了测试高速通信光模块在极端环境下的工作性能，并提升其出厂测试效率，设计了高速通信光模块热控系统。使用该系统不仅可以实现单独测试QSFP-DD封装模式的光模块，还可以实现双通道并行测试QSFP-28封装模式的光模块，成功使光模块测试效率提升一倍。首先，根据半导体制冷器的特性设计了待测试件热电制冷器组件，Flotherm的仿真结果表明热电制冷器组件可用。接着，根据半导体制冷器的原理及特性，设计了热排散系统。最后，将热控系统与水冷机的控温效率和效果做对比。实验结果表明：热控系统可以在110 s内实现光模块壳温在0~65 ℃之间的快速调控。热控系统基本满足对常用封装方式的高速通信光模块的控温需求，且相对于水冷机而言，具有小型化、低噪音、零震动的优势，更利于光模块集成化测试。
光纤通信 热控系统 热仿真 光模块 optical fiber communication thermal control system thermal simulation optical module 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220705
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220532
1 中国运载火箭技术研究院，北京 100076
2 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094
3 首都航天机械有限公司，北京 100076
为了保证应用平台在轨任务期间的星敏感器正常工作，需要对其进行热设计。结合微型星敏感器组件的空间环境外热流、安装布局以及工作模式等条件，在热分析优化的流程上考虑了光机热等多种因素影响，设计了微型星敏感器组件的热控方案。该热控方案提出采用主动电加热以及遮光罩与星敏本体均温化的设计思路，解决了微型星敏感器组件在轨期间的空间热环境复杂、温度控制要求高、散热途径受限于安装结构等问题，保障了微型星敏感器组件有效、可靠的工作。建立了I-DEAS /TMG 有限元分析模型，开展了高、低温工况下的星敏感器组件的热控仿真，分析了星敏感器组件的温度分布以及均匀性等仿真结果，最后进行了地面试验，验证了热控方案的正确性，满足星敏感器组件热设计要求。文中工作可为后续在轨平台的微型星敏热设计提供参考。
热设计 热分析 微型星敏 thermal control design thermal analysis micro star sensor 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220116
1 北京信息科技大学 光电测试技术与仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
3 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
遥感卫星结构在轨服役期间易受空间极端温度变化与微重力环境影响容易产生热应变，严重影响探测精度，而现有方法难以实现热应变在轨监测。针对这一问题，提出具有温度解耦功能的热应变光纤光栅监测方法。采用数值模拟方法开展结构热应变计算分析，得到结构整体和局部热加载下温度场和应变场分布特征及变化规律。设计构建热应变光纤监测试验系统，对卫星天线结构模拟试件进行热加载光纤测量试验，测试分析热应变光纤监测精度，验证了方法的有效性。研究结果表明，在−120~120 ℃温度变化范围，利用光纤布拉格光栅传感器和温度解耦方法监测温度和热应变的相对误差分别为1.02%和2.45%；在30~100 ℃局部热加载作用下，结构温度场和应变场的重构误差分别为3.24%和6.61%。该方法在卫星结构在轨监测领域中具有良好的应用价值与前景。
遥感卫星 在轨监测 光纤传感 热应变 热控制 remote sensing satellite in-orbit monitoring optical fiber sensing thermal strain thermal control 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220202
红外与激光工程
2020, 49(4): 0413007
强激光与粒子束
2020, 32(2): 025003
为了保证X射线掠入射聚焦型脉冲星探测器在复杂的空间热环境中正常运行, 对该探测器进行了热控设计。分析了仪器对热设计的特殊影响及相应热控措施, 总结分析了仪器的在轨温度情况, 并结合热设计模型获得非测温点的温度结果。在轨温度数据分析表明, 除低温工况下的光学系统温度超出指标要求外, 仪器关键部位的温度均在热控指标范围内, 验证了仪器热控设计的正确性。低温工况下光学镜头热变形对探测器性能影响的分析表明, 预测的结果与观测数据一致。
聚焦型脉冲星探测器 掠入射光学系统 电子学组件 热控设计 在轨验证 focusing pulsar detector grazing incidence optics electronic module thermal control design in-orbit verification
