天基望远镜探测器组件热电制冷系统设计与试验

发布时间：2021-08-04 15:13

　　天基空间望远镜探测器必须采用主动制冷方式以满足其噪声抑制需求.为此,采用热电制冷为核心技术,开展了探测器热电制冷器封装设计、热电制冷器热排散系统设计、热电制冷控制系统设计,并从抑制寄生漏热、降低热电制冷器热排散路径热阻两方面进行了优化,以减小热电制冷器输入功率及辐射散热面积.根据帕尔帖效应、焦耳效应、傅里叶效应,获得了净制冷量、热端散热热阻、热端边界温度等环境特性参数与热电制冷器输入电流、电压、功率等工作特性参数间的关系,并分析了制冷热负荷、热端散热热阻与热电制冷器输入功率间的敏感度.研制了望远镜鉴定产品,并开展了真空热平衡试验.试验结果表明系统设计合理有效,能够将探测器制冷至-75℃温度水平,稳定度可达到±0.2℃.基于环境条件及热电制冷器工作参数等试验数据,对比并修正了热分析模型.研究结果可为类似空间望远镜热电制冷系统的研制提供参考和借鉴. 

【文章来源】：光子学报. 2020,49(08)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

探测器表面示意图

8 TEC输入功率试验结果

采用（Net Energy Verification And Determination Analyzer,NEVADA）软件进行轨道外热流计算，结果如图2和表1所示.从中可以看出，对于地球低轨卫星而言，在合理规划辐射散热面朝向后，太阳照射外热流可以完全规避，但仍然会受到较大地球红外热流和一定程度地球反照外热流的影响，且在整个轨道周期内外热流波动较为剧烈[11].为了保证整个寿命和任务周期的性能，以寿命末期极端最大外热流工况进行分析[12].在最大外热流工况下，辐射散热面周期平均吸收总外热流为101.7 W/m2，根据式（1）进行计算，可以得到辐射面极限温度约-62.9℃.若采用被动制冷方式，探测器温度必然高于-62.9℃，不能满足-75℃指标需求，同时由于外热流呈现出剧烈波动的特点，必须采用主动精密制冷方案.鉴于TEC的诸多优点，采用TEC热电制冷为核心技术，结合望远镜及卫星轨道特点，开展了探测器组件精密热设计.3 探测器组件精密热设计

【参考文献】：
期刊论文
[1]热电冷却半导体激光器的性能分析与优化[J]. 孙淼,申利梅,陈焕新,桑策.  制冷与空调. 2017(10)
[2]基于PID控制和遗传算法的半导体激光器温控系统[J]. 徐娟娟,陈晨,杨洪军.  沈阳工业大学学报. 2017(04)
[3]TEC制冷系统最佳运行工况的理论分析与试验研究[J]. 纪志坚,杨萍,吕志家,甄仌.  制冷与空调. 2015(02)
[4]基于TEC的大功率LD恒温控制系统的研究[J]. 黄岳巍,崔瑞祯,巩马理,陈刚.  红外与激光工程. 2006(02)



本文编号：3321927