申春梅，于峰，劉文凱

（1.北京空間機(jī)電研究所，北京100094； 2.先進(jìn)光學(xué)遙感技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100094）

高光譜溫室氣體監(jiān)測(cè)儀（簡(jiǎn)稱監(jiān)測(cè)儀）是中國新型極軌風(fēng)云三號(hào)D（FY-3D）氣象衛(wèi)星針對(duì)當(dāng)前全球氣候變化問題裝載的新型高光譜觀測(cè)載荷，是中國第1個(gè)專門針對(duì)溫室氣體遙感探測(cè)的載荷。其主要功能是對(duì)全球主要溫室氣體CO2、CH4及CO等的濃度進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè)，用于全球溫室氣體排放、溫室氣體源和匯分析、溫室氣體與氣候變化等一系列科學(xué)問題的研究。其為后續(xù)業(yè)務(wù)運(yùn)行積累基礎(chǔ)，對(duì)于提升中國在氣候變化問題中的話語權(quán)具有重要意義。

監(jiān)測(cè)儀裝載于FY-3D衛(wèi)星艙外，在軌直接暴露于惡劣的空間熱環(huán)境，會(huì)受到軌道外熱流（太陽直射、地球紅外、地球返照）及冷黑空間背景的交替加熱和冷卻，所處溫度環(huán)境非常惡劣［1-2］。而為實(shí)現(xiàn)在軌溫室氣體特征吸收光譜探測(cè)及星上定標(biāo)等功能，監(jiān)測(cè)儀在較小尺寸空間內(nèi)布置有二維指向鏡光機(jī)組件、干涉儀光機(jī)組件、前光學(xué)鏡頭、分色匯聚光學(xué)鏡頭等8個(gè)鏡頭組件，以及激光信號(hào)處理器、紅外信息處理器、探測(cè)器組件、探測(cè)器半導(dǎo)體制冷控制器等12臺(tái)電子設(shè)備。其中，二維指向鏡光機(jī)組件及干涉儀光機(jī)組件上都有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，還配有驅(qū)動(dòng)電機(jī)。因此，在惡劣的空間熱環(huán)境下，監(jiān)測(cè)儀在較小尺寸空間內(nèi)數(shù)量眾多的光學(xué)鏡頭組件與數(shù)量眾多的內(nèi)熱源交叉并存。

監(jiān)測(cè)儀光學(xué)系統(tǒng)是在地面室溫條件下裝調(diào)，為保證在軌成像性能，光學(xué)鏡頭組件在軌溫度必須控制在室溫水平，而且干涉儀關(guān)鍵件因穩(wěn)定性要求較高，其在軌溫度要求比其他光學(xué)鏡頭更加嚴(yán)苛。監(jiān)測(cè)儀內(nèi)部數(shù)量眾多的電子設(shè)備與電機(jī)內(nèi)熱源，在軌則是在高真空環(huán)境下工作［1-2］，沒有地面時(shí)的自然對(duì)流散熱條件，又處在光學(xué)鏡頭組件要求的室溫環(huán)境內(nèi)，其工作熱耗若不進(jìn)行及時(shí)控制，一方面可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部器件溫度過高被燒壞，另一方面其較高溫度也會(huì)對(duì)交叉并存的光學(xué)鏡頭產(chǎn)生惡劣影響。因此，在惡劣的空間熱環(huán)境及眾多內(nèi)熱源熱擾動(dòng)的條件下，采取合適的熱控措施保證光學(xué)鏡頭組件室溫高精度控溫要求，同時(shí)保證內(nèi)熱源溫度處在正常工作允許的范圍內(nèi)，就成為監(jiān)測(cè)儀在軌性能的決定因素之一。

空間光學(xué)遙感器傳統(tǒng)熱控技術(shù)與衛(wèi)星平臺(tái)熱控大體一致，主要思路是［1-8］：采用被動(dòng)的熱防護(hù)措施，如多層隔熱材料來隔絕遙感器與外部空間環(huán)境的輻射換熱；在主承力結(jié)構(gòu)，鏡頭支撐結(jié)構(gòu)等直接布置主動(dòng)控溫加熱回路來保證溫度水平；對(duì)內(nèi)部熱源，則采用槽道熱管將其熱耗引到外部空間輻射散熱面，最終排散到冷空間。散熱面面積需按照在軌極端熱工況（即內(nèi)熱源工作熱耗最大，散熱面所受空間外熱流最大）來設(shè)計(jì)，但在冷工況下（即內(nèi)熱源不工作，散熱面所受空間外熱流最小工況），散熱面面積就相對(duì)過大，需要使用低溫補(bǔ)償功耗來保證內(nèi)熱源的低溫限。傳統(tǒng)熱控方法為純資源消耗型方法，其對(duì)控溫范圍相對(duì)寬松、各部件溫度適應(yīng)性較好且熱控通用性較強(qiáng)的衛(wèi)星平臺(tái)（平臺(tái)結(jié)構(gòu)、平臺(tái)上電子學(xué)設(shè)備等溫度多在幾十度范圍內(nèi)波動(dòng)，且不同衛(wèi)星平臺(tái)間相對(duì)應(yīng)的部件溫度水平基本一致），以及熱源種類單一、熱源總功耗較小、光學(xué)鏡頭控溫精度要求一般的傳統(tǒng)空間相機(jī)比較適用，因?yàn)檫@種方法簡(jiǎn)單可靠，消耗的熱控資源也不多［3，8］。近年來，隨著國內(nèi)遙感應(yīng)用水平的不斷提升，對(duì)遙感器提出了更豐富的類型需求和更高的性能要求，進(jìn)而使得遙感器熱控技術(shù)面臨著很多新的挑戰(zhàn)。遙感器熱控技術(shù)逐漸顯現(xiàn)出與一般衛(wèi)星平臺(tái)熱控技術(shù)的差異，成為航天器熱控技術(shù)中獨(dú)具特色的重要分支之一［3］。

正如本文所述監(jiān)測(cè)儀，在惡劣的空間熱環(huán)境下，在較小尺寸空間內(nèi)數(shù)量眾多的光學(xué)鏡頭與內(nèi)熱源交叉并存，且光學(xué)鏡頭與內(nèi)熱源正常工作所需溫度要求不一致，干涉儀關(guān)鍵件控溫精度要求較高，擺臂兩端溫差要求小于等于0.5℃。在較小尺寸空間內(nèi)，控溫目標(biāo)不一致的光學(xué)鏡頭與內(nèi)熱源之間存在直接或間接輻射換熱及導(dǎo)熱換熱，而且干涉儀擺臂上安裝有擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)內(nèi)熱源，若對(duì)干涉儀擺臂音圈電機(jī)采用傳統(tǒng)散熱方式，對(duì)干涉儀擺臂直接布置主動(dòng)控溫加熱回路，則很難實(shí)現(xiàn)干涉儀擺臂高精度控溫。此外，在FY-3D衛(wèi)星平臺(tái)上共裝載包括監(jiān)測(cè)儀在內(nèi)的10臺(tái)遙感探測(cè)儀器，載荷數(shù)量較多，分配給監(jiān)測(cè)儀的功耗及重量資源有限，而監(jiān)測(cè)儀自身內(nèi)熱源數(shù)量眾多且功耗大，工作時(shí)間長，可用于熱控的功耗就有限；同時(shí)，監(jiān)測(cè)儀位于衛(wèi)星-Y側(cè)，衛(wèi)星軌道為太陽同步軌道，+X飛行，+Z對(duì)地，軌道升交點(diǎn)地方時(shí)13：40。在此軌道上運(yùn)行，衛(wèi)星+Y側(cè)為背陰面，始終不受太陽照射，是布置散熱面的最佳方位，衛(wèi)星-Y側(cè)則長期受曬，不利于散熱，而監(jiān)測(cè)儀則恰好位于衛(wèi)星-Y側(cè)，其+Y側(cè)還有其他載荷，會(huì)受到其他載荷表面反射外熱流的影響。因此，監(jiān)測(cè)儀位于非常不利于內(nèi)熱源散熱的方位，散熱面資源緊張。在這種功耗和散熱面資源都緊張的條件下，對(duì)數(shù)量眾多的電子設(shè)備內(nèi)熱源，若按照傳統(tǒng)方法，各自獨(dú)立考慮散熱和低溫補(bǔ)償，所需功耗及散熱面資源較大，與有限資源沖突。針對(duì)上述難點(diǎn)，研究人員基于熱管理［9-13］、輻射間接熱控［14］、輻射冷卻及結(jié)構(gòu)熱控一體化協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)［15］等多種思路，對(duì)監(jiān)測(cè)儀熱控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。FY-3D衛(wèi)星于2017年11月15日2時(shí)35分發(fā)射升空，從入軌到進(jìn)入正常工作狀態(tài)，衛(wèi)星平臺(tái)需進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整、太陽帆板展開等調(diào)試工作，監(jiān)測(cè)儀也需進(jìn)行初期在軌調(diào)試工作，所以入軌后監(jiān)測(cè)儀會(huì)經(jīng)歷生存模式、整軌關(guān)機(jī)模式、整軌待機(jī)模式，然后再進(jìn)入正常工作模式，監(jiān)測(cè)儀熱控系統(tǒng)則需經(jīng)歷多種工況模式下的考核。本文對(duì)監(jiān)測(cè)儀熱控系統(tǒng)進(jìn)行概述，并對(duì)其入軌后飛行調(diào)試期間及正常工作模式下的在軌溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)監(jiān)測(cè)儀熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性及在軌適應(yīng)性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 監(jiān)測(cè)儀概述及控溫指標(biāo)

1.1 監(jiān)測(cè)儀光機(jī)主體結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)儀光機(jī)主體包絡(luò)尺寸為1 090 mm×960 mm×651 mm（X×Y×Z），由底板、外罩、遮光罩、光學(xué)鏡頭組件及各種信息處理器和控制器等12臺(tái)電子設(shè)備組成，光機(jī)主體內(nèi)部布局如圖1所示。4個(gè)譜段探測(cè)器組件電路盒分別安裝在4個(gè)譜段透鏡筒上，其余光學(xué)鏡頭組件和電子設(shè)備都安裝在底板上。

二維指向鏡光機(jī)組件為二維光學(xué)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，CT軸布置1臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，AT軸布置1臺(tái)音圈電機(jī)。二維指向鏡工作時(shí)，AT軸音圈電機(jī)跟隨鏡框在CT軸步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下繞CT軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)音圈電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鏡體繞AT軸俯仰，該音圈電機(jī)動(dòng)子為轉(zhuǎn)子線圈，其熱耗集中在其轉(zhuǎn)子線圈上，是二維轉(zhuǎn)動(dòng)熱源。二維指向鏡光機(jī)組件及音圈電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

干涉儀光機(jī)組件除基座和分束鏡頭外，還安裝有擺臂組件和激光探測(cè)器，在擺臂兩端分別安裝一個(gè)角鏡，擺臂機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)音圈電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該音圈電機(jī)動(dòng)子為磁缸。監(jiān)測(cè)儀成像時(shí)，干涉儀擺臂末端角鏡在音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)下在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，與分束鏡協(xié)同工作，對(duì)由二維指向鏡引入的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行干涉調(diào)制，經(jīng)干涉儀干涉調(diào)制的信號(hào)再進(jìn)入后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)。干涉儀光機(jī)組件及其音圈電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

4個(gè)譜段探測(cè)器中，譜段2～譜段4探測(cè)器都需在低溫下工作，因此譜段2～譜段4探測(cè)器封裝在半導(dǎo)體制冷控制器內(nèi)，半導(dǎo)體制冷控制器保證探測(cè)器工作在低溫度，半導(dǎo)體制冷控制器則通過面積較小的耳片安裝在探測(cè)器電路盒殼體上。

1.2 監(jiān)測(cè)儀入軌初期經(jīng)歷的工況模式及在軌控溫指標(biāo)要求

監(jiān)測(cè)儀從衛(wèi)星發(fā)射入軌到正常工作，需依次經(jīng)歷生存模式、整軌關(guān)機(jī)模式、整軌待機(jī)模式和正常工作模式，各模式及各模式下監(jiān)測(cè)儀所處狀態(tài)如表1所示，正常工作模式下監(jiān)測(cè)儀內(nèi)部熱源工作熱耗及工作時(shí)間如表2所示，衛(wèi)星軌道周期為102 min。生存模式安全溫度及正常工作模式下監(jiān)測(cè)儀各部組件控溫指標(biāo)要求如表3所示。

表1 入軌后監(jiān)測(cè)儀經(jīng)歷的工況模式Table 1 Summary of operating modes experienced by monitor after entering orbit

表2 正常工作模式下監(jiān)測(cè)儀內(nèi)部熱源工作熱耗及工作時(shí)間Table 2 Heat consumption and operating time of calorigenic equipment in monitor under nor mal operating mode

表3 監(jiān)測(cè)儀各部組件控溫指標(biāo)要求Table 3 Temperature contr ol requirements of monitor components

2 監(jiān)測(cè)儀熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由引言可知，采取何種熱控措施，使控溫精度較高的光學(xué)鏡頭組件與控溫范圍較寬的內(nèi)熱源同時(shí)滿足溫度要求，同時(shí)又節(jié)省熱控功耗及散熱面資源，成為監(jiān)測(cè)儀熱設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及難點(diǎn)。為有效解決監(jiān)測(cè)儀熱控難題，筆者采用了多種設(shè)計(jì)思路。基于熱管理思路，對(duì)監(jiān)測(cè)儀各部組件熱行為進(jìn)行系統(tǒng)管理，以節(jié)省熱控資源?；谳椛溟g接熱控思路，對(duì)所處熱環(huán)境復(fù)雜的光學(xué)鏡頭組件進(jìn)行控溫，以提高其控溫精度。對(duì)二維指向鏡轉(zhuǎn)動(dòng)音圈電機(jī)，則進(jìn)行輻射冷卻，避免在傳熱路徑中引入撓性轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)節(jié)，以提高熱控系統(tǒng)可靠性。對(duì)干涉儀擺臂音圈電機(jī)，則以輻射冷屏為冷源，并對(duì)輻射冷屏溫度加以控制，避免直接采用空間輻射散熱面使擺臂音圈電機(jī)溫度產(chǎn)生較大波動(dòng)，對(duì)干涉儀擺臂高精度控溫帶來影響?；诮Y(jié)構(gòu)熱控一體化協(xié)同設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上充分保證熱設(shè)計(jì)各項(xiàng)需求，并在不影響成像性能的前提下，從熱控角度對(duì)結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行合理優(yōu)化。監(jiān)測(cè)儀熱控系統(tǒng)如圖4所示。

2.1 控溫區(qū)域劃分及內(nèi)熱源分類

按照控溫目標(biāo)將監(jiān)測(cè)儀各部組件劃分成兩大控溫區(qū)，即光學(xué)鏡頭控溫區(qū)和內(nèi)熱源控溫區(qū)。監(jiān)測(cè)儀無熱耗的結(jié)構(gòu)件底板和外罩，除設(shè)置在外罩上的入光口外，可將光學(xué)鏡頭與外部惡劣熱環(huán)境在空間上最大程度隔開。同時(shí)，眾多光學(xué)鏡頭組件分散安裝在底板上，處在外罩內(nèi)，底板和外罩與光學(xué)鏡頭之間存在直接導(dǎo)熱換熱或者輻射換熱，對(duì)所有光學(xué)鏡頭溫度都有直接導(dǎo)熱或輻射影響，而且底板溫度變化產(chǎn)生的熱變形也會(huì)引起光學(xué)鏡頭位置精度變化，進(jìn)而對(duì)成像性能造成一定影響。因此，需將底板和外罩均納入光學(xué)鏡頭控溫區(qū)，否則將很難保證光學(xué)鏡頭高精度控溫要求。

對(duì)內(nèi)熱源控溫區(qū)，通過初步熱分析對(duì)內(nèi)熱源進(jìn)行分類，將內(nèi)熱源分成無需散熱的內(nèi)熱源和必需散熱的內(nèi)熱源兩大類。無需散熱的內(nèi)熱源指控溫目標(biāo)上限高于室溫，且在室溫環(huán)境下工作，不采取散熱措施時(shí)其工作溫度不會(huì)超標(biāo)的內(nèi)熱源。必需散熱的內(nèi)熱源則又包括2類：第1類為控溫目標(biāo)上限低于室溫的內(nèi)熱源（簡(jiǎn)稱1類散熱內(nèi)熱源），第2類為控溫目標(biāo)上限高于室溫，但在室溫環(huán)境下工作，不采取散熱措施時(shí)其工作溫度會(huì)超標(biāo)的內(nèi)熱源（簡(jiǎn)稱2類散熱內(nèi)熱源）。

圖4 監(jiān)測(cè)儀熱控系統(tǒng)Fig.4 Thermal control system of monitor

按照上述分類方法，根據(jù)控溫目標(biāo)要求及初步熱分析結(jié)果，在監(jiān)測(cè)儀內(nèi)熱源中，定標(biāo)控制器及其DCDC、激光探測(cè)器和二維指向鏡步進(jìn)電機(jī)為無需散熱內(nèi)熱源，4個(gè)探測(cè)器電路盒為1類散熱內(nèi)熱源，其余電子設(shè)備均為2類散熱內(nèi)熱源，二維指向鏡音圈電機(jī)和干涉儀擺臂音圈電機(jī)雖然功耗不大，但其熱耗都集中在熱容較小的轉(zhuǎn)子線圈上，也屬于2類散熱內(nèi)熱源。二維指向鏡步進(jìn)電機(jī)位于CT軸末端，對(duì)所有光學(xué)鏡頭都不可見，包括二維指向鏡鏡體，與二維指向鏡鏡體也無直接導(dǎo)熱路徑，對(duì)其無需采取特殊熱控措施。激光探測(cè)器安裝在干涉儀基座上，為避免電子設(shè)備控溫區(qū)較大的溫度波動(dòng)對(duì)干涉儀基座溫度產(chǎn)生不利影響，激光探測(cè)器不與其他電子設(shè)備建立導(dǎo)熱聯(lián)系，也無需采取特殊熱控措施。

2.2 電子設(shè)備內(nèi)熱源熱管理

基于熱管理，以節(jié)省熱控資源為原則，對(duì)分類后的電子設(shè)備內(nèi)熱源進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)遵循如下原則：①散熱內(nèi)熱源必需與光學(xué)鏡頭控溫區(qū)最大程度熱隔離，因?yàn)槿舨粚⑵渑c光學(xué)鏡頭室溫控溫區(qū)熱隔離，則光學(xué)鏡頭室溫環(huán)境必通過其散熱路徑向外空間漏熱，從而增大維持室溫環(huán)境所需的主動(dòng)控溫功耗，同時(shí)，室溫環(huán)境對(duì)其的漏熱則在一定程度上增加其輻射散熱面的負(fù)擔(dān)，從而在一定程度上增加輻射散熱面的大小。②1類散熱內(nèi)熱源與2類散熱內(nèi)熱源分開散熱，不共用散熱面。這是因?yàn)椋夯谳椛鋼Q熱基本理論，散熱面溫度越高，單位面積散熱面散熱能力越大，分開散熱后2類散熱內(nèi)熱源散熱面設(shè)計(jì)溫度可高于1類散熱內(nèi)熱源散熱面的設(shè)計(jì)溫度，從而節(jié)省散熱面面積。③對(duì)1類散熱內(nèi)熱源，在與指標(biāo)上限留有安全預(yù)量的前提下，盡可能提高高溫工況時(shí)內(nèi)熱源實(shí)際被控溫度，這是因?yàn)椋阂环矫婵商岣咂渖崦嬖O(shè)計(jì)溫度，節(jié)省散熱面面積；另一方面可降低光學(xué)鏡頭控溫區(qū)通過其散熱路徑向外空間的漏熱。④對(duì)2類散熱內(nèi)熱源，控溫目標(biāo)上限一致的內(nèi)熱源，組成在軌有長期熱耗、熱容較大的系統(tǒng)，再散熱，節(jié)省低溫工況時(shí)的補(bǔ)償功耗，并在一定程度上抑制外熱流變化和熱耗變化造成的溫度波動(dòng)。⑤對(duì)2類散熱內(nèi)熱源，在指標(biāo)上限留有安全余量的前提下，盡可能使其高溫工況下實(shí)際被控溫度稍高于光學(xué)鏡頭溫度。一方面可提高其散熱面設(shè)計(jì)溫度，節(jié)省散熱面面積；另一方面則可保證高溫工況時(shí)這類電子設(shè)備向光學(xué)鏡頭控溫區(qū)傳遞一定熱量，從而降低高溫工況下光學(xué)鏡頭控溫區(qū)主動(dòng)控溫加熱回路的占空比，在高溫工況監(jiān)測(cè)儀工作用電高峰時(shí)，可在熱控功耗方面減少實(shí)際用電量。⑥對(duì)無需散熱電子設(shè)備熱容進(jìn)行利用，將其與2類散熱內(nèi)熱源熱導(dǎo)通，為2類散熱內(nèi)熱源提供分擔(dān)熱耗的熱容，節(jié)省2類散熱內(nèi)熱源的散熱面面積，同時(shí)，使兩者組成的系統(tǒng)具有較大的熱容，節(jié)省低溫工況補(bǔ)償功耗。⑦盡量降低內(nèi)熱源與散熱面之間的總熱阻，這是因?yàn)椋涸趦?nèi)熱源熱耗一定的條件下，熱阻越小，內(nèi)熱源與散熱面之間溫差越小，散熱面設(shè)計(jì)溫度可越高，從而節(jié)省散熱面面積。

基于上述原則，將監(jiān)測(cè)儀電子設(shè)備分成3個(gè)子系統(tǒng)再散熱，如圖4所示。同為1類散熱內(nèi)熱源且控溫要求一致的4個(gè)探測(cè)器電路盒熱導(dǎo)通后組合成一個(gè)熱容較大的系統(tǒng)進(jìn)行散熱；同為2類散熱內(nèi)熱源且控溫要求一致的半導(dǎo)體制冷控制器和激光信號(hào)處理器熱導(dǎo)通后組成一個(gè)熱容較大且有長期熱耗的系統(tǒng)進(jìn)行散熱，其中，半導(dǎo)體制冷控制器有長期熱耗；屬于無需散熱熱源的定標(biāo)控制器及其DCDC與2類散熱內(nèi)熱源紅外信息處理器、計(jì)量激光器和監(jiān)視相機(jī)組成一個(gè)熱容較大且有長期熱耗的系統(tǒng)進(jìn)行散熱，其中，計(jì)量激光器有長期熱耗。以節(jié)省熱控功耗為原則，對(duì)散熱面面積進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

為增強(qiáng)電子設(shè)備與光學(xué)鏡頭控溫區(qū)的熱隔離，所有電子設(shè)備表面都包覆多層隔熱組件，4個(gè)探測(cè)器電路盒與分色匯聚鏡筒隔熱安裝，安裝在底板上的電子設(shè)備則都與底板隔熱安裝。

2.3 二維指向鏡音圈電機(jī)及干涉儀擺臂音圈電機(jī)冷屏散熱

二維指向鏡音圈電機(jī)線圈為二維轉(zhuǎn)動(dòng)熱源，若采取導(dǎo)熱換熱方式對(duì)其散熱，需引入二維轉(zhuǎn)動(dòng)撓性導(dǎo)熱環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)難度大，會(huì)降低熱控系統(tǒng)可靠性，且給二維指向鏡音圈電機(jī)增加額外負(fù)載。相比而言，輻射冷卻散熱則簡(jiǎn)單可靠。因此，本文對(duì)二維指向鏡音圈電機(jī)采取輻射冷卻散熱思路，避免在傳熱路徑中引入轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)節(jié)，以提高熱控系統(tǒng)可靠性，即在音圈電機(jī)附近位置布置輻射冷屏，輻射冷屏用熱管與散熱面相連。同時(shí)，將二維指向鏡音圈電機(jī)與二維指向鏡和鏡框之間進(jìn)行隔熱設(shè)計(jì)，包括導(dǎo)熱熱隔離和輻射熱隔離。二維指向鏡音圈電機(jī)散熱方案示意圖如圖5所示。

圖5 二維指向鏡音圈電機(jī)散熱方案示意圖Fig.5 Schematic diagram of heat dissipation scheme of two-axis gimbaled mirror components voice coil motor

初始結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，干涉儀擺臂音圈電機(jī)線圈通過支桿安裝在干涉儀基座上，而其磁缸則安裝在干涉儀擺臂上。干涉儀作為監(jiān)測(cè)儀關(guān)鍵件，控溫要求較為嚴(yán)苛，為避免該音圈電機(jī)與空間輻射散熱面直接相連散熱產(chǎn)生較大溫度波動(dòng)，從而影響干涉儀的高精度控溫，將二維指向鏡音圈電機(jī)輻射冷屏作為此音圈電機(jī)線圈的冷源，并在輻射冷屏上布置主動(dòng)控溫加熱回路，將輻射冷屏溫度控制在一定范圍內(nèi)，從而避免音圈電機(jī)溫度產(chǎn)生較大波動(dòng)。

初始結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，干涉儀擺臂音圈電機(jī)線圈組件通過支架安裝在干涉儀主基座上，如圖3所示。在此狀態(tài)下，一方面，音圈電機(jī)線圈組件對(duì)擺臂可見；另一方面，因線圈及其鋁骨架尺寸較小，且基本位于磁缸內(nèi)部，線圈組件與輻射冷屏之間的導(dǎo)熱元件沒有布置空間，所以在不影響成像性能的條件下，對(duì)擺臂音圈電機(jī)組件安裝方式進(jìn)行合理干預(yù)，變成如圖6所示狀態(tài)。線圈組件從通過支桿安裝在干涉儀主基座上（見圖3），改為旋轉(zhuǎn)180°后導(dǎo)熱安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)接銅塊上，轉(zhuǎn)接銅塊則隔熱安裝在與底板隔熱安裝的支架上。此外，在音圈電機(jī)線圈組件與擺臂之間增加輔助隔熱板，輔助隔熱板兩側(cè)均噴涂低發(fā)射率涂層，同時(shí)輔助隔熱板與磁缸都與擺臂隔熱安裝。線圈組件與輻射冷屏之間的導(dǎo)熱熱管則安裝在尺寸稍大的轉(zhuǎn)接銅塊上，這樣既解決了線圈尺寸較小無法安裝導(dǎo)熱熱管的問題，又通過輔助隔熱板對(duì)擺臂與音圈電機(jī)之間的輻射換熱進(jìn)行了有效隔離。擺臂音圈電機(jī)整體散熱方案示意圖如圖7所示。

圖6 擺臂音圈電機(jī)線圈組件優(yōu)化安裝及散熱方式Fig.6 Optimized installation and heat dissipation mode of coil block of swing arm voice coil motor

2.4 光學(xué)鏡頭控溫區(qū)輻射間接控溫

圖7 干涉儀擺臂音圈電機(jī)散熱方案示意圖Fig.7 Schematic diagram of heat dissipation scheme of interferometer swing arm voice coil motor

對(duì)光學(xué)鏡頭控溫區(qū)，將其與內(nèi)熱源控溫區(qū)最大程度熱隔離后，為提高光學(xué)鏡頭控溫精度，對(duì)光學(xué)鏡頭采取輻射間接控溫為主、主動(dòng)控溫為輔的熱控方案。傳統(tǒng)主動(dòng)控溫措施是將主動(dòng)控溫加熱回路直接布置在控溫目標(biāo)本體結(jié)構(gòu)上，受控溫設(shè)備測(cè)控溫精度的限制，被控對(duì)象溫度會(huì)產(chǎn)生一定波動(dòng)，不利于被控對(duì)象的高精度控溫。筆者選擇將主動(dòng)控溫加熱回路主要布置在監(jiān)測(cè)儀底板和外罩上，將監(jiān)測(cè)儀底板和外罩溫度控制在室溫水平，為監(jiān)測(cè)儀內(nèi)部光學(xué)鏡頭提供良好的溫度環(huán)境，控溫?zé)崃恐饕ㄟ^外罩和監(jiān)測(cè)儀底板與光學(xué)鏡頭之間的輻射換熱傳遞到光學(xué)鏡頭，從而通過輻射換熱保證光學(xué)鏡頭溫度水平的同時(shí)，對(duì)主動(dòng)控溫措施產(chǎn)生的溫度波動(dòng)進(jìn)行消峰填谷，提高光學(xué)鏡頭控溫精度。對(duì)某些輻射間接熱控效果不佳的光學(xué)鏡頭組件，再輔之于主動(dòng)控溫。

同時(shí)，在底板和外罩外表面包覆多層隔熱組件，并將底板與衛(wèi)星平臺(tái)隔熱安裝，外罩與遮光罩隔熱安裝，以盡量降低冷黑空間、復(fù)雜多變軌道外熱流、星上其他儀器設(shè)備表面溫度、遮光罩溫度及平臺(tái)安裝板溫度等外部熱環(huán)境對(duì)監(jiān)測(cè)儀底板和外罩溫度的影響。

2.5 結(jié)構(gòu)熱控一體化協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)

在圖4所示熱控系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)熱控一體化協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)具體體現(xiàn)在如下方面：

1）增強(qiáng)隔熱安裝。為增強(qiáng)內(nèi)熱源系統(tǒng)與光學(xué)鏡頭控溫區(qū)之間的導(dǎo)熱隔熱，在進(jìn)行隔熱安裝設(shè)計(jì)時(shí)均采用如圖8所示隔熱安裝方式。

2）探測(cè)器電路盒內(nèi)部增強(qiáng)導(dǎo)熱降低熱阻。在初始結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，探測(cè)器電路盒內(nèi)部主要發(fā)熱部件半導(dǎo)體制冷控制器僅靠尺寸很小的耳片安裝在外殼上，接觸面積小，僅有0.000 17 m2，而熱管只能布置在電路盒外殼上，導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)熱部件與散熱面之間總熱阻較大。為降低內(nèi)部發(fā)熱部件與散熱面之間的總熱阻，對(duì)探測(cè)器電路盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理干預(yù)，在內(nèi)部增加輔助導(dǎo)熱銅片，該銅片一面與發(fā)熱部件熱端焊接成一體，另一面與設(shè)備外殼導(dǎo)熱安裝，使發(fā)熱部件與外殼之間的接觸面積增至0.001 m2，降低內(nèi)部熱源半導(dǎo)體制冷控制器與散熱面之間的總熱阻，節(jié)省了散熱面面積。

3）音圈電機(jī)輻射冷屏結(jié)構(gòu)及安裝位置優(yōu)化。以盡可能增強(qiáng)輻射冷屏與音圈電機(jī)之間的輻射換熱，同時(shí)，盡可能降低輻射冷屏對(duì)二維指向鏡和周圍室溫環(huán)境的影響為原則，對(duì)輻射冷屏的尺寸、結(jié)構(gòu)形式及安裝位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)熱控一體化協(xié)同設(shè)計(jì)。

4）電子設(shè)備布局合理優(yōu)化。在初始結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，定標(biāo)控制器、定標(biāo)控制器DCDC與紅外信息處理器均各自獨(dú)立安裝在底板上，在不影響成像性能的前提下，對(duì)初始結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行合理干預(yù)，使定標(biāo)控制器和紅外信息處理器在結(jié)構(gòu)布局上直接導(dǎo)熱接觸，并將尺寸較小的定標(biāo)控制器DCDC改為安裝在紅外信息處理器上，節(jié)省導(dǎo)熱元件。

5）在不影響成像性能的前提下，對(duì)擺臂音圈電機(jī)線圈組件安裝方式進(jìn)行優(yōu)化，詳見圖6。

2.6 監(jiān)測(cè)儀加熱回路

生存模式期間，為保證各部組件處于安全溫度范圍內(nèi)，在監(jiān)測(cè)儀上布置生存加熱回路，如表4所示。進(jìn)入整軌關(guān)機(jī)模式后，生存加熱回路斷電，監(jiān)測(cè)儀溫度控制器開啟，主動(dòng)控溫加熱回路開始工作，主動(dòng)控溫加熱回路如表5所示。

表4 監(jiān)測(cè)儀生存加熱回路Table 4 Summary of survival heating circuits of monitor

圖8 增強(qiáng)隔熱安裝方式示意圖Fig.8 Schematic diagram of enhanced insulation installation method

表5 監(jiān)測(cè)儀主動(dòng)控溫加熱回路Table 5 Summary of active temperature control heating circuits of monitor

3 監(jiān)測(cè)儀在軌溫度及分析

3.1 生存模式下監(jiān)測(cè)儀各部組件溫度

在生存模式下，監(jiān)測(cè)儀本體上只分配有7個(gè)由衛(wèi)星平臺(tái)直接遙測(cè)的測(cè)溫通道，由于數(shù)量有限，筆者將4個(gè)測(cè)點(diǎn)分別布置在與空間散熱面有直接導(dǎo)熱連接的電子設(shè)備上，包括半導(dǎo)體制冷控制器、計(jì)量激光器、監(jiān)視相機(jī)及譜段4探測(cè)器電路盒，因?yàn)檫@些電子設(shè)備溫度代表了生存模式期間內(nèi)熱源控溫區(qū)的最低溫度水平，只要這些電子設(shè)備溫度處于安全范圍內(nèi)，其他電子設(shè)備都會(huì)處于安全溫度范圍內(nèi)。另外3個(gè)分別布置在位于入光口處的二維指向鏡背部、干涉儀基座分束鏡安裝位置和主鏡背部，二維指向鏡位于入光口，受外部冷黑空間影響最大，且其附近布置有輻射冷屏，其溫度則基本代表了光學(xué)鏡頭組件的最低水平，主鏡和干涉儀基座溫度則是其他光學(xué)鏡頭溫度的典型代表。

圖9給出了生存模式期間監(jiān)測(cè)儀上7個(gè)典型部組件溫度曲線，表6則對(duì)生存模式期間穩(wěn)定狀態(tài)下監(jiān)測(cè)儀上7個(gè)典型部組件溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總。由溫度數(shù)據(jù)可以看出，在生存模式期間，監(jiān)測(cè)儀各部組件均處在安全溫度范圍內(nèi)，且在連續(xù)10天內(nèi)主鏡和干涉儀溫度很穩(wěn)定，溫度波動(dòng)在±0.2℃以內(nèi)，二維指向鏡因位于入光口處，溫度波動(dòng)稍大，為±1℃。

圖9 生存模式下監(jiān)測(cè)儀典型部組件在軌溫度曲線Fig.9 Curves of monitor components temperature over time under survival mode case

表6 生存模式穩(wěn)定狀態(tài)下監(jiān)測(cè)儀遙測(cè)溫度Table 6 Summary of monitor telemetered temperature under steady survival mode

3.2 其他模式下監(jiān)測(cè)儀各部組件溫度

由生存模式切換為整軌關(guān)機(jī)模式后，監(jiān)測(cè)儀溫度控制器開啟，監(jiān)測(cè)儀上通過溫度控制器遙測(cè)的溫度數(shù)據(jù)開始下傳。圖10給出了從整軌關(guān)機(jī)模式開始到正常工作模式穩(wěn)定監(jiān)測(cè)儀各部組件溫度數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化曲線，其中因整軌待機(jī)模式歷時(shí)較短，在此模式下監(jiān)測(cè)儀各部組件溫度還未完全穩(wěn)定就切換為正常工作模式，整軌待機(jī)模式下的溫度數(shù)據(jù)只是中間過程數(shù)據(jù)。

圖10 各工況模式下監(jiān)測(cè)儀部組件溫度隨時(shí)間變化曲線Fig.10 Curves of monitor components’temperature over time under different operating modes

由圖10中數(shù)據(jù)可看出，監(jiān)測(cè)儀各部組件溫度都呈周期性波動(dòng)，這是因?yàn)椋罕O(jiān)測(cè)儀在軌受到的空間外熱流是周期性變化的，從而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)儀受到4K冷黑空間和周期性變化外熱流的交替加熱和冷卻作用，從而使各部組件溫度呈周期性波動(dòng)變化趨勢(shì)。

由圖10（a）可知，由生存模式轉(zhuǎn)為整軌關(guān)機(jī)模式初期，除干涉儀之外的其他光學(xué)鏡頭溫度基本都呈上升趨勢(shì)，這是因?yàn)椋和庹趾偷装迳系闹鲃?dòng)控溫功率大于生存加熱功率，在主動(dòng)控溫加熱功率的作用下，監(jiān)測(cè)儀外罩和底板溫度開始上升，從而帶動(dòng)光學(xué)鏡頭溫度開始上升。在由整軌關(guān)機(jī)模式切換為整軌待機(jī)模式后，除干涉儀之外的其他光學(xué)鏡頭溫度基本沒有變化。由整軌待機(jī)模式進(jìn)入正常工作模式后，除干涉儀之外的其他光學(xué)鏡頭中，二維指向鏡溫度有明顯上升，其他光學(xué)鏡頭溫度基本不變。這是因?yàn)椋哼M(jìn)入正常工作模式后，在常規(guī)觀測(cè)模式期間，二維指向鏡音圈電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)開始加電工作，機(jī)構(gòu)電機(jī)溫度上升，從而帶動(dòng)與其有導(dǎo)熱路徑的二維指向鏡溫度上升，但因?yàn)槎S指向鏡與音圈電機(jī)之間有較好的隔熱，而且二維指向鏡音圈電機(jī)有散熱路徑，所以二維指向鏡溫度上升幅度不大，溫度仍滿足指標(biāo)要求。

由圖10（b）可知，在由生存模式轉(zhuǎn)為整軌關(guān)機(jī)模式初期，干涉儀基座溫度隨底板及外罩溫度上升而上升，干涉儀擺臂溫度則稍有下降，這是因?yàn)椋焊缮鎯x擺臂中部安裝有音圈電機(jī)，音圈電機(jī)與輻射冷屏之間存在導(dǎo)熱通路，在生存模式期間，為避免輻射冷屏溫度較低對(duì)二維指向鏡溫度造成影響，布置在輻射冷屏散熱熱管上的生存加熱功率可使輻射冷屏溫度維持在20℃，而由生存模式轉(zhuǎn)入整軌關(guān)機(jī)模式后，輻射冷屏散熱熱管上的生存加熱回路關(guān)閉，輻射冷屏上主動(dòng)控溫加熱回路開啟，控溫閾值為［9.8，10.2］℃，因此輻射冷屏溫度會(huì)降低到控溫閾值內(nèi)，如圖10（c）所示。而整軌關(guān)機(jī)模式期間，干涉儀擺臂音圈電機(jī)無熱耗，所以干涉儀擺臂音圈電機(jī)磁缸及線圈鋁骨架溫度也隨輻射冷屏溫度下降，從而帶動(dòng)干涉儀擺臂溫度稍有下降，尤其是干涉儀擺臂中部溫度下降比較明顯。在由整軌關(guān)機(jī)模式轉(zhuǎn)為整軌待機(jī)模式后，干涉儀溫度基本沒有變化。在由整軌待機(jī)模式轉(zhuǎn)為正常工作模式后，干涉儀擺臂中部及干涉儀基座溫度有所上升。這是因?yàn)椋河烧壌龣C(jī)模式切換為正常工作模式后，干涉儀擺臂音圈電機(jī)和激光探測(cè)器在常規(guī)觀測(cè)模式時(shí)加電工作，干涉儀擺臂音圈電機(jī)溫度和激光探測(cè)器溫度上升，如圖10（c）、（d）所示，從而帶動(dòng)干涉儀擺臂中部和干涉儀基座溫度稍有上升，但因?yàn)楦缮鎯x擺臂與擺臂音圈電機(jī)之間有很好的隔熱措施，干涉儀擺臂中部溫度上升幅度不大，而且干涉儀擺臂兩端溫度基本沒受到影響，干涉儀組件溫度都在指標(biāo)范圍內(nèi)。

由圖10（d）可知，由生存模式轉(zhuǎn)為整軌關(guān)機(jī)模式初期，除激光探測(cè)器溫度隨底板和外罩溫度上升有所上升外，其余電子設(shè)備溫度都有下降趨勢(shì)。對(duì)半導(dǎo)體制冷控制器和激光信號(hào)處理器組成的系統(tǒng)來說，生存模式期間，在半導(dǎo)體制冷控制器上布置有6.8 W 的長期生存熱耗，穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)半導(dǎo)體制冷控制器溫度在5.2～10.3℃之間波動(dòng)，整軌關(guān)機(jī)模式期間，則是在激光信號(hào)處理器上有7.0 W 的主動(dòng)控溫功耗，控溫閾值為［8.8，9.2］℃，在由生存模式切換成整軌關(guān)機(jī)模式那一刻，半導(dǎo)體制冷控制器溫度正好處在9.5℃溫度較高的狀態(tài)，此時(shí)激光信號(hào)處理器溫度處于比半導(dǎo)體制冷控制器溫度還高的15.5℃狀態(tài)，實(shí)際溫度高于系統(tǒng)控溫閾值，所以在模式切換后，半導(dǎo)體制冷控制器上的生存加熱回路斷電，激光信號(hào)處理器上的主動(dòng)控溫回路又因其實(shí)際溫度高于控溫閾值不工作，所以激光信號(hào)處理器和半導(dǎo)體制冷控制器溫度開始下降，直至到達(dá)控溫閾值，激光信號(hào)處理器上的主動(dòng)控溫功耗開始按照閾值范圍進(jìn)行控溫。對(duì)紅外信息處理器、計(jì)量激光器和監(jiān)視相機(jī)等組成的系統(tǒng)（見圖10（d）），以及4個(gè)探測(cè)器電路盒組成的系統(tǒng)（見圖10（e）），也是因上述類似原因，在由生存模式切換為整軌關(guān)機(jī)模式后溫度開始下降，直至主動(dòng)控溫加熱回路工作。

由圖10（d）還可看出，由整軌關(guān)機(jī)模式切換為整軌待機(jī)模式后，半導(dǎo)體制冷控制器、激光信號(hào)處理器、紅外信息處理器、計(jì)量激光器及監(jiān)視相機(jī)等電子設(shè)備溫度開始明顯上升。這是因?yàn)椋河烧夑P(guān)機(jī)模式切換為整軌待機(jī)模式后，半導(dǎo)體制冷控制器和計(jì)量激光器開機(jī)，開始整軌有長期熱耗，為節(jié)省熱控功耗資源，在設(shè)計(jì)狀態(tài)下，半導(dǎo)體制冷控制器和激光信號(hào)處理器組成的系統(tǒng)僅靠半導(dǎo)體制冷控制器長期熱耗即可維持激光信號(hào)處理器溫度高于控溫閾值溫度，紅外信息處理器、計(jì)量激光器及監(jiān)視相機(jī)等電子設(shè)備組成的系統(tǒng)則僅靠計(jì)量激光器長期熱耗即可維持計(jì)量激光器溫度高于其控溫閾值溫度。所以，在切換為整軌待機(jī)模式后，這幾個(gè)電子設(shè)備溫度開始上升，在進(jìn)入正常觀測(cè)模式之前，這2個(gè)電子設(shè)備系統(tǒng)的溫度均已高于各自主動(dòng)控溫回路控溫閾值溫度，其主動(dòng)控溫回路已不需加電工作，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。由整軌待機(jī)模式進(jìn)入正常工作模式后，所有電子設(shè)備在常規(guī)觀測(cè)模式期間都有工作熱耗，所以進(jìn)入正常工作模式后，半導(dǎo)體制冷控制器、激光信號(hào)處理器、紅外信息處理器、計(jì)量激光器及監(jiān)視相機(jī)等電子設(shè)備溫度繼續(xù)上升，最后達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定后激光信號(hào)處理器、計(jì)量激光器及監(jiān)視相機(jī)上的主動(dòng)控溫加熱回路仍然不用加電工作，僅靠電子設(shè)備系統(tǒng)自身的熱容和工作熱耗即可維持其溫度水平在指標(biāo)范圍內(nèi)。

由表7溫度數(shù)據(jù)可知，監(jiān)測(cè)儀各部組件溫度在所有經(jīng)歷的模式下都滿足控溫指標(biāo)要求。在非正常工作模式下，干涉儀關(guān)鍵件最大溫度波動(dòng)在±0.35℃以內(nèi)，擺臂兩端溫差在0.3℃以內(nèi)；在正常工作模式下，干涉儀關(guān)鍵件最大溫度波動(dòng)為±0.15℃，擺臂兩端溫差也在0.3℃以內(nèi)。從非正常工作模式到正常工作模式，干涉儀關(guān)鍵件最大溫度波動(dòng)在±0.40℃以內(nèi)，擺臂兩端溫差一直在0.3℃以內(nèi)。除干涉儀之外的其他光學(xué)鏡頭，在同一模式下最大溫度波動(dòng)都在±0.45℃以內(nèi)，從整軌關(guān)機(jī)模式到正常工作模式，除二維指向鏡外，其余光學(xué)鏡頭溫度波動(dòng)都在±0.55℃以內(nèi)，二維指向鏡因位于入光口，且其附近有輻射冷屏，從整軌關(guān)機(jī)模式到正常工作模式其溫度波動(dòng)稍大，為±1.4℃，也小于±3℃的指標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)鏡頭組件在復(fù)雜熱環(huán)境和復(fù)雜工作機(jī)制下的高精度控溫。從整軌關(guān)機(jī)模式到正常工作模式，電子設(shè)備及驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度波動(dòng)較大，但波動(dòng)較大的內(nèi)熱源溫度并沒有影響光學(xué)鏡頭的高精度控溫，這主要?dú)w功于兩點(diǎn)：①對(duì)光學(xué)鏡頭組件采取了輻射間接控溫措施；②內(nèi)熱源系統(tǒng)與光學(xué)鏡頭組件時(shí)間采取了很好的熱隔離措施。

由表7數(shù)據(jù)還可看出，在整軌待機(jī)模式結(jié)束時(shí)刻，激光信號(hào)處理器溫度為13.2℃，計(jì)量激光器溫度為11.4℃，監(jiān)視相機(jī)溫度為9.9℃，都已高于其主動(dòng)控溫加熱回路閾值上限，在正常工作模式達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，激光信號(hào)處理器溫度范圍為21.1～22.4℃，計(jì)量激光器溫度范圍為19.2～21.4℃，監(jiān)視相機(jī)溫度范圍為15.7～20.0℃，也都高于其主動(dòng)控溫加熱回路閾值上限。這說明從整軌待機(jī)模式開始，半導(dǎo)體制冷控制器和激光信號(hào)處理器組成的系統(tǒng)及紅外信息處理器、計(jì)量激光器和監(jiān)視相機(jī)等設(shè)備組成的系統(tǒng)僅靠自身熱容和熱耗即可維持控溫指標(biāo)，無需消耗熱控功耗資源，驗(yàn)證了通過熱管理達(dá)到節(jié)省功耗資源設(shè)計(jì)的正確性。

表7 不同模式狀態(tài)下監(jiān)測(cè)儀遙測(cè)溫度Table 7 Summary of monitor telemetered temperature under different operating modes

4 結(jié) 論

1）針對(duì)FY-3D衛(wèi)星高光譜溫室氣體監(jiān)測(cè)儀復(fù)雜的內(nèi)外部熱環(huán)境、光學(xué)鏡頭高精度控溫要求及熱控功耗及散熱面資源緊張的熱控難題，基于熱管理、輻射間接熱控、輻射冷卻及結(jié)構(gòu)熱控協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)等多種思路對(duì)監(jiān)測(cè)儀熱控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，有效解決了熱控難題。

2）監(jiān)測(cè)儀入軌后經(jīng)歷了生存、整軌關(guān)機(jī)、整軌待機(jī)、正常工作等多個(gè)工況模式，在軌溫度數(shù)據(jù)表明，所有工況模式下各部組件溫度都滿足指標(biāo)要求，且光學(xué)鏡頭溫度穩(wěn)定度較高。在不同模式切換過程中，干涉儀擺臂兩端溫差一直在0.3℃以內(nèi)。在正常工作模式下，干涉儀關(guān)鍵件最大溫度波動(dòng)在±0.15℃以內(nèi)，其他光學(xué)鏡頭組件最大溫度波動(dòng)在±0.45℃以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)鏡頭組件在復(fù)雜熱環(huán)境和復(fù)雜工作機(jī)制下的高精度控溫。

3）在軌溫度數(shù)據(jù)表明，因?yàn)椴捎昧藷峁芾恚瑥恼壌龣C(jī)模式開始，半導(dǎo)體制冷控制器和激光信號(hào)處理器組成的電子設(shè)備系統(tǒng)及紅外信息處理器、計(jì)量激光器和監(jiān)視相機(jī)等設(shè)備組成的電子設(shè)備系統(tǒng)僅靠自身熱容和熱耗即可維持其控溫指標(biāo)，無需消耗熱控功耗資源。

在軌溫度數(shù)據(jù)驗(yàn)證了監(jiān)測(cè)儀熱控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和有效性。