【摘要】：廣角極光成像儀是我國第一臺近地軌道超大視場遠紫外波段(FUV)成像設備,具有兩個光機結構完全相同、安裝位置中心對稱的鏡頭。鏡頭中采用離軸反射光學系統(tǒng),單個鏡頭的視場角為68°×10°,經(jīng)過兩個鏡頭的拼接后得到的瞬時視場角是130°×10°。為了保證能夠在高度為830km的近地軌道覆蓋整個極光卵,成像儀通過繞+Y軸轉動的兩個鏡頭獲得130°×130°超大視場角。廣角極光成像儀的主要任務是完成全球N2分子輻射的LBH帶和極光橢圓區(qū)的探測任務,其光學成像譜段是140nm~180nm。為了阻止帶外紫外波段的光進入探測器中,成像儀選用了厚度為2mm的Ba F2濾光片。隨著溫度的升高,Ba F2濾光片截止波段的最小波長向長波方向移動。當溫度在107℃~140℃范圍內(nèi),Ba F2濾光片的最小截止波長大約為140nm。廣角極光成像儀熱控子系統(tǒng)是保證成像儀正常工作的必要條件,尤其是濾光片的熱控是廣角極光成像儀研制的關鍵技術之一。本文主要是依據(jù)廣角極光成像儀的熱控系統(tǒng)設計開展論文工作。文中首先概述了極光觀測的發(fā)展和意義,并總結了國內(nèi)主要紫外波段成像設備的研究狀況。其次針對廣角極光成像儀的工作特點,計算出成像儀姿態(tài)變換條件下的外熱流數(shù)值。該方法能夠計算出成像儀的實時地磁緯度和姿態(tài)變化。在對成像儀鏡頭進行合理的簡化后,采用環(huán)境映射面理論和蒙特卡洛法(MCM),最終得到成像儀正常在軌工作條件下各面外熱流曲線。然后對Ba F2濾光片組件開展詳細的熱設計和試驗研究,保證濾光片溫度能夠?qū)崿F(xiàn)光學短波截止的功能�；谙到y(tǒng)靈敏度理論,以影響熱阻的因素作為設計變量,找到影響鏡筒溫度的敏感變量。依據(jù)靈敏度仿真分析結果,提出高溫濾光片的詳細熱設計方案。并根據(jù)試驗結果,確定了Ba F2濾光片最佳的熱控方案,并完成了140nm~180nm波長范圍的透過率測試。隨后詳細介紹了廣角極光成像儀光機結構和熱控系統(tǒng)設計。利用IDEAS/TMG軟件建立有限元模型。熱仿真結果顯示成像儀各主要組件的溫度均在熱控指標范圍內(nèi),熱控系統(tǒng)能夠為成像儀工作提供合適的環(huán)境保障。最后,根據(jù)廣角極光成像儀的熱設計和熱仿真分析結果,開展了成像儀整機熱平衡試驗。在熱平衡試驗極端低溫和極端高溫工況下,濾光片平均溫度可以分別達到107℃和140℃,其控溫穩(wěn)定度優(yōu)于1.5℃/2min。成像儀其他主要組件的溫度均滿足要求。熱試驗充分表明了成像儀熱控系統(tǒng)設計的有效性和熱仿真分析的正確性。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH765;V447

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