超长线列红外探测器与制冷机耦合的柔性冷链发展现状
发布时间：2021-10-31 12:59
随着航天技术对更大视场、更高分辨率的需求,线列红外探测器规模越来越大,传统的制冷机与红外探测器单点耦合方式,已经无法满足超长线列红外探测器芯片温度均匀性的要求。结合国内外多家研究单位的设计及试验情况,对各类柔性冷链进行了对比分析,从热学性能及力学性能出发,总结了各类柔性冷链设计的特点及其适用性。
【文章来源】：红外技术. 2020,42(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
“高分5号”卫星长线列红外探测器组件应力卸载结构图（上图）和焦平面结构图（下图）Fig.1Stressunloadingstructure(up)andfocalplanestructure(down)ofGF-5satellitelinearinfrareddetectorcomponents
第42卷第1期Vol.42No.12020年1月邓蔚等：超长线列红外探测器与制冷机耦合的柔性冷链发展现状Jan.202011图1“高分5号”卫星长线列红外探测器组件应力卸载结构图（上图）和焦平面结构图（下图）Fig.1Stressunloadingstructure(up)andfocalplanestructure(down)ofGF-5satellitelinearinfrareddetectorcomponents图2上海技物所长线列红外探测器杜瓦结构图Fig.2DewarstructureoflinearinfrareddetectordesignedbyShanghaiInstituteofTechnicalPhysics2柔性冷链的国内外研究现状2.1柔性冷链的国外研究现状2.1.1柔性冷链的结构柔性冷链作为冷量传输渠道，能够更加灵活地分配冷量、隔绝振动，常应用于各种空间项目中。对于柔性冷链，国外已经做了大量的研究，并且已经有了成熟的冷链设计、加工方法和检测手段，柔性冷链按形状结构分类，可分为链状、片状、丝状和部分异形冷链。各种类型的冷链结构都是通过将冷链分割成多层薄片或多根导热丝的方法，来减小冷链整体结构的惯性矩来获得结构的低刚度。但不同结构具有不同的应用领域。链状冷链采用丝状材料编织而成的链状结构作为冷链的柔性部分，这种结构的冷链具有3个方向的自由度，能够在3个方向进行自由运动，但因链状结构制作工艺的问题，链状冷链比较难保持高清洁度，容易在使用过程中产生多余物，同时因这种结构表面积大，易吸附气体，故链状冷链不适在高清洁度和高真空度的环境下使用。
第42卷第1期红外技术Vol.42No.12020年1月InfraredTechnologyJan.202012如图3所示，目前链状冷链主要有两种：一种是采用高纯度无氧铜丝编织而成的铜链，铜链能与铜热接头制成一体式冷链，并且制作工艺成熟，广泛应用在空间项目中，如表1所示为TAI（TechnologyApplicationsInc.）公司统计的使用过链状铜冷链的空间项目，在空间项目中链状冷链最常使用的方式是与刚性槽道热管配合形成完整的热量传输系统，如图4为链状铜冷链的装配图；一种是采用捆扎的碳纤维管束作为柔性部分，配合铜或铝热接头的分体式柔性冷链，相比无氧铜，碳纤维在100K温度以上具有更高的热导率，更小的密度和刚度，是能够替代链状铜冷链的新型链状冷链的制作材料，目前也已经在空间项目中大规模使用，如表2所示为TAI公司统计的使用过碳纤维管束冷链的空间项目。图3链状柔性冷链：无氧铜链状柔性冷链实物图（左图和中图）、碳纤维管束链状柔性冷链实物图（右图）Fig.3Chain-shapedflexiblethermallink:flexiblethermallinkofoxygen-freecopper(leftandmiddlepicture),flexiblethermallinkofcarbonfiberbundle(right)图4链状柔性冷链装配图Fig.4Assemblystructureofchainlikeflexiblethermallink表1采用铜冷链热传导的空间项目Table1SpaceitemsusingcopperthermallinkProjectnameLaunchtimeLockheedMartin/NOAA"sGOES-R2016.11NASA"sOSIRISREx2016.9NumerousDepartmentofDefenseSatellites2016-2018NOAA"sGOES-S/T/U2017-2018NASAJPL"sGRACE-FO2018OrbitalATK"sCignusOA-9Spacecraft2018.5NASA"sGEDISensor(onboardtheISS)2018.11Eumetsat"sMETEOS
【参考文献】：
期刊论文
[1]长线列红外探测器组件冷台面结构设计[J]. 东海杰,张磊,白绍竣,王成刚,王春生,喻松林,孟令伟,张懿. 激光与红外. 2018(08)
[2]制冷机与红外探测器冷链耦合技术研究[J]. 王亚妮,张巍,迟国春,朱志雄. 激光与红外. 2018(02)
[3]超长线列红外焦平面杜瓦冷链设计[J]. 范广宇,范崔,李俊,龚海梅. 红外与激光工程. 2015(07)
[4]一种双臂型低温导热带的性能研究[J]. 孙述泽,许国太,王田刚,闫春杰,霍英杰,冶文莲. 低温与超导. 2013(05)
本文编号：3468178
【文章来源】：红外技术. 2020,42(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
“高分5号”卫星长线列红外探测器组件应力卸载结构图（上图）和焦平面结构图（下图）Fig.1Stressunloadingstructure(up)andfocalplanestructure(down)ofGF-5satellitelinearinfrareddetectorcomponents
第42卷第1期Vol.42No.12020年1月邓蔚等：超长线列红外探测器与制冷机耦合的柔性冷链发展现状Jan.202011图1“高分5号”卫星长线列红外探测器组件应力卸载结构图（上图）和焦平面结构图（下图）Fig.1Stressunloadingstructure(up)andfocalplanestructure(down)ofGF-5satellitelinearinfrareddetectorcomponents图2上海技物所长线列红外探测器杜瓦结构图Fig.2DewarstructureoflinearinfrareddetectordesignedbyShanghaiInstituteofTechnicalPhysics2柔性冷链的国内外研究现状2.1柔性冷链的国外研究现状2.1.1柔性冷链的结构柔性冷链作为冷量传输渠道，能够更加灵活地分配冷量、隔绝振动，常应用于各种空间项目中。对于柔性冷链，国外已经做了大量的研究，并且已经有了成熟的冷链设计、加工方法和检测手段，柔性冷链按形状结构分类，可分为链状、片状、丝状和部分异形冷链。各种类型的冷链结构都是通过将冷链分割成多层薄片或多根导热丝的方法，来减小冷链整体结构的惯性矩来获得结构的低刚度。但不同结构具有不同的应用领域。链状冷链采用丝状材料编织而成的链状结构作为冷链的柔性部分，这种结构的冷链具有3个方向的自由度，能够在3个方向进行自由运动，但因链状结构制作工艺的问题，链状冷链比较难保持高清洁度，容易在使用过程中产生多余物，同时因这种结构表面积大，易吸附气体，故链状冷链不适在高清洁度和高真空度的环境下使用。
第42卷第1期红外技术Vol.42No.12020年1月InfraredTechnologyJan.202012如图3所示，目前链状冷链主要有两种：一种是采用高纯度无氧铜丝编织而成的铜链，铜链能与铜热接头制成一体式冷链，并且制作工艺成熟，广泛应用在空间项目中，如表1所示为TAI（TechnologyApplicationsInc.）公司统计的使用过链状铜冷链的空间项目，在空间项目中链状冷链最常使用的方式是与刚性槽道热管配合形成完整的热量传输系统，如图4为链状铜冷链的装配图；一种是采用捆扎的碳纤维管束作为柔性部分，配合铜或铝热接头的分体式柔性冷链，相比无氧铜，碳纤维在100K温度以上具有更高的热导率，更小的密度和刚度，是能够替代链状铜冷链的新型链状冷链的制作材料，目前也已经在空间项目中大规模使用，如表2所示为TAI公司统计的使用过碳纤维管束冷链的空间项目。图3链状柔性冷链：无氧铜链状柔性冷链实物图（左图和中图）、碳纤维管束链状柔性冷链实物图（右图）Fig.3Chain-shapedflexiblethermallink:flexiblethermallinkofoxygen-freecopper(leftandmiddlepicture),flexiblethermallinkofcarbonfiberbundle(right)图4链状柔性冷链装配图Fig.4Assemblystructureofchainlikeflexiblethermallink表1采用铜冷链热传导的空间项目Table1SpaceitemsusingcopperthermallinkProjectnameLaunchtimeLockheedMartin/NOAA"sGOES-R2016.11NASA"sOSIRISREx2016.9NumerousDepartmentofDefenseSatellites2016-2018NOAA"sGOES-S/T/U2017-2018NASAJPL"sGRACE-FO2018OrbitalATK"sCignusOA-9Spacecraft2018.5NASA"sGEDISensor(onboardtheISS)2018.11Eumetsat"sMETEOS
【参考文献】：
期刊论文
[1]长线列红外探测器组件冷台面结构设计[J]. 东海杰,张磊,白绍竣,王成刚,王春生,喻松林,孟令伟,张懿. 激光与红外. 2018(08)
[2]制冷机与红外探测器冷链耦合技术研究[J]. 王亚妮,张巍,迟国春,朱志雄. 激光与红外. 2018(02)
[3]超长线列红外焦平面杜瓦冷链设计[J]. 范广宇,范崔,李俊,龚海梅. 红外与激光工程. 2015(07)
[4]一种双臂型低温导热带的性能研究[J]. 孙述泽,许国太,王田刚,闫春杰,霍英杰,冶文莲. 低温与超导. 2013(05)
本文编号：3468178
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