超大口径在轨组装望远镜热控技术研究
发布时间：2021-06-25 08:58
随着天文科学的发展,为了获得宇宙更深处微弱信号的高质量图像,对望远镜的分辨率的要求越来越高,为了获取更高的分辨率,望远镜的口径也将越来越大。但运载火箭的运载能力和包络尺寸限制了望远镜口径的增加,在轨组装技术成为解决这一矛盾的有效途径。各航天大国纷纷展开在轨组装望远镜技术的研究。热控系统是望远镜在轨正常运行、获得高质量图像的重要保障,由于在轨组装望远镜在体积、结构等方面与传统航天器存在一定的差别,包覆多层等热控手段会对组装过程产生干扰等原因,传统的热控措施不能完全满足在轨组装望远镜的热控需求,因此面向在轨组装望远镜热控技术的研究也应同步展开。本文以某10m在轨组装望远镜为研究对象,进行了在轨组装望远镜热控技术的研究。望远镜轨道环境特性是望远镜热设计的基础和前提,文中首先研究分析了望远镜运行轨道日地第二拉格朗日点Halo轨道的热环境特性,并计算了轨道的外热流,用于指导热设计和热设计仿真验证。借助该轨道太阳等主要外热源均位于同一侧且背向太阳的一面无强的可见光和热辐射的特性,开展了了多层薄膜式遮阳罩的研究,通过遮阳罩阻隔太阳光,使望远镜通过被动辐射降温至工作温度。研究确定了遮阳罩的形状、尺寸、...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
詹姆斯·韦伯太空望远镜Figure1.1JamesWebbSpaceTelescope
第1章引言3大部分热量经过有限次反射后排向太空中。图1.1詹姆斯·韦伯太空望远镜Figure1.1JamesWebbSpaceTelescope1.2.2SAFIR热设计SAFIR作为一台远红外望远镜，对于温度的要求更加严苛，工作时望远镜及其光学系统将降温至4K。为达到该目标，SAFIR将采用遮阳罩与制冷机相结合的方式进行热控制。与其他遮阳罩各层安装在同一个平台上不同，如图1.2该遮阳罩将被安装在40K和15K两个平台上。通过40K平台的遮阳罩将太阳的大部分热量通过制冷机将15K平台冷却至15K，通过安装在该平台的遮阳罩进一步对热量进行隔离，近乎完全隔绝来自太阳的热量。图1.2单孔径远红外天文台Figure1.2Singleaperturefar-infraredobservatory1.2.3ATLAST热设计主镜次镜遮阳罩低温面（15K平台）遮阳罩高温面（40K平台）
超大口径在轨组装望远镜热控技术研究4与前两台不同，ATLAST-9.2m的工作温度是室温，其遮阳罩主要作用为避免望远镜直接暴露在太阳辐射下造成温度过高的情况，同时起到抑制杂散光的作用。其遮阳罩由4层薄膜构成，面向太阳的一层采用Kapton-E薄膜，向阳面镀掺杂硅涂层以避免遮阳罩温度过高，背面镀铝从而获得低的发射率，减少透过该层的辐射，其余3层为black-Kapton薄膜。为降低制造和展开难度，吸取JWST遮阳罩的教训，如图1.3其遮阳罩形状被设计的尽可能简单，各层均为平面形状，以保证展开的高可靠性。图1.3先进技术大口径空间望远镜-9.2mFigure1.3ATLAST-9.2m1.3空间光学遥感器热控技术简介航天器运行在热条件复杂多变的太空环境中，要长期受到太阳及行星的热辐射和空间低温热沉作用，温度场变化非常剧烈，阳照区和阴影区的表面温度波动可达±200℃，温度环境极其恶劣。航天器热控制技术应运而生，是航天器在轨正常运行的重要保障。它涉及材料科学、数学、化学、热工学、光学、流体力学、电子学、计算机科学以及试验测量技术等诸多科学领域[8]。其主要目的是通过一些热控手段来控制航天器内部不同部位之间以及内部与外部的热交换，使航天器在轨运行过程中各部分的温度均保持在其正常工作所需求的范围内。为了达到热控的需求，众多的航天工作者投入到了航天器热控技术领域的研究[9-13]，基本奠定了以被动热控为主、主动热控为辅，主被动相结合的设计原则和以分析计算为前导、热平衡试验为验证的设计程序[14]。下面是一些常用的热控措施的介绍。被动热控是指在航天器上通过使用多层隔热材料、热控涂层、热管等[15]被动热控措施以及优化航天器结构对航天器进行热设计，使航天器在轨运行时热量交换处于一个合适的状态，一般
【参考文献】：
期刊论文
[1]正钛酸锌无机热控涂层制备及其性能研究[J]. 张杭,贺光辉,张家强,文陈,张立功,崔庆新,白晶莹. 表面技术. 2018(09)
[2]空间相机碳纤维桁架导热增强设计[J]. 刘光,郭亮,胡日查,吴清文. 光学精密工程. 2017(09)
[3]微膨胀型热开关热特性的参数敏感性[J]. 张旭升,郭亮,马明朝,黄勇,毛阿龙,吴清文. 光学精密工程. 2016(07)
[4]多层隔热材料飞行试验研究综述[J]. 石进峰,吴清文,陈立恒,杨献伟. 中国光学. 2013(04)
[5]多层隔热材料传热特性研究现状及展望[J]. 李德富,杨炜平,刘小旭. 航天器环境工程. 2013(03)
[6]国外载人航天器热控技术发展分析[J]. 卜珺珺,曹军,杨晓林. 航天器环境工程. 2012(05)
[7]空间光谱成像仪热设计参数的灵敏度[J]. 郭亮,吴清文,颜昌翔. 光学精密工程. 2012(06)
[8]基于分层思想对复杂工程结构的有限元模型修正技术研究[J]. 朱跃,张令弥,郭勤涛. 振动与冲击. 2011(12)
[9]空间光谱成像仪热设计及其分析与验证[J]. 郭亮,吴清文,颜昌翔. 光学精密工程. 2011(06)
[10]空间光学遥感器热设计[J]. 杨献伟,吴清文,李书胜,江帆,李志来. 中国光学. 2011(02)
本文编号：3248917
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
詹姆斯·韦伯太空望远镜Figure1.1JamesWebbSpaceTelescope
第1章引言3大部分热量经过有限次反射后排向太空中。图1.1詹姆斯·韦伯太空望远镜Figure1.1JamesWebbSpaceTelescope1.2.2SAFIR热设计SAFIR作为一台远红外望远镜，对于温度的要求更加严苛，工作时望远镜及其光学系统将降温至4K。为达到该目标，SAFIR将采用遮阳罩与制冷机相结合的方式进行热控制。与其他遮阳罩各层安装在同一个平台上不同，如图1.2该遮阳罩将被安装在40K和15K两个平台上。通过40K平台的遮阳罩将太阳的大部分热量通过制冷机将15K平台冷却至15K，通过安装在该平台的遮阳罩进一步对热量进行隔离，近乎完全隔绝来自太阳的热量。图1.2单孔径远红外天文台Figure1.2Singleaperturefar-infraredobservatory1.2.3ATLAST热设计主镜次镜遮阳罩低温面（15K平台）遮阳罩高温面（40K平台）
超大口径在轨组装望远镜热控技术研究4与前两台不同，ATLAST-9.2m的工作温度是室温，其遮阳罩主要作用为避免望远镜直接暴露在太阳辐射下造成温度过高的情况，同时起到抑制杂散光的作用。其遮阳罩由4层薄膜构成，面向太阳的一层采用Kapton-E薄膜，向阳面镀掺杂硅涂层以避免遮阳罩温度过高，背面镀铝从而获得低的发射率，减少透过该层的辐射，其余3层为black-Kapton薄膜。为降低制造和展开难度，吸取JWST遮阳罩的教训，如图1.3其遮阳罩形状被设计的尽可能简单，各层均为平面形状，以保证展开的高可靠性。图1.3先进技术大口径空间望远镜-9.2mFigure1.3ATLAST-9.2m1.3空间光学遥感器热控技术简介航天器运行在热条件复杂多变的太空环境中，要长期受到太阳及行星的热辐射和空间低温热沉作用，温度场变化非常剧烈，阳照区和阴影区的表面温度波动可达±200℃，温度环境极其恶劣。航天器热控制技术应运而生，是航天器在轨正常运行的重要保障。它涉及材料科学、数学、化学、热工学、光学、流体力学、电子学、计算机科学以及试验测量技术等诸多科学领域[8]。其主要目的是通过一些热控手段来控制航天器内部不同部位之间以及内部与外部的热交换，使航天器在轨运行过程中各部分的温度均保持在其正常工作所需求的范围内。为了达到热控的需求，众多的航天工作者投入到了航天器热控技术领域的研究[9-13]，基本奠定了以被动热控为主、主动热控为辅，主被动相结合的设计原则和以分析计算为前导、热平衡试验为验证的设计程序[14]。下面是一些常用的热控措施的介绍。被动热控是指在航天器上通过使用多层隔热材料、热控涂层、热管等[15]被动热控措施以及优化航天器结构对航天器进行热设计，使航天器在轨运行时热量交换处于一个合适的状态，一般
【参考文献】：
期刊论文
[1]正钛酸锌无机热控涂层制备及其性能研究[J]. 张杭,贺光辉,张家强,文陈,张立功,崔庆新,白晶莹. 表面技术. 2018(09)
[2]空间相机碳纤维桁架导热增强设计[J]. 刘光,郭亮,胡日查,吴清文. 光学精密工程. 2017(09)
[3]微膨胀型热开关热特性的参数敏感性[J]. 张旭升,郭亮,马明朝,黄勇,毛阿龙,吴清文. 光学精密工程. 2016(07)
[4]多层隔热材料飞行试验研究综述[J]. 石进峰,吴清文,陈立恒,杨献伟. 中国光学. 2013(04)
[5]多层隔热材料传热特性研究现状及展望[J]. 李德富,杨炜平,刘小旭. 航天器环境工程. 2013(03)
[6]国外载人航天器热控技术发展分析[J]. 卜珺珺,曹军,杨晓林. 航天器环境工程. 2012(05)
[7]空间光谱成像仪热设计参数的灵敏度[J]. 郭亮,吴清文,颜昌翔. 光学精密工程. 2012(06)
[8]基于分层思想对复杂工程结构的有限元模型修正技术研究[J]. 朱跃,张令弥,郭勤涛. 振动与冲击. 2011(12)
[9]空间光谱成像仪热设计及其分析与验证[J]. 郭亮,吴清文,颜昌翔. 光学精密工程. 2011(06)
[10]空间光学遥感器热设计[J]. 杨献伟,吴清文,李书胜,江帆,李志来. 中国光学. 2011(02)
本文编号：3248917
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