超大口徑在軌組裝望遠鏡熱控技術(shù)研究
發(fā)布時間：2021-06-25 08:58
隨著天文科學的發(fā)展,為了獲得宇宙更深處微弱信號的高質(zhì)量圖像,對望遠鏡的分辨率的要求越來越高,為了獲取更高的分辨率,望遠鏡的口徑也將越來越大。但運載火箭的運載能力和包絡(luò)尺寸限制了望遠鏡口徑的增加,在軌組裝技術(shù)成為解決這一矛盾的有效途徑。各航天大國紛紛展開在軌組裝望遠鏡技術(shù)的研究。熱控系統(tǒng)是望遠鏡在軌正常運行、獲得高質(zhì)量圖像的重要保障,由于在軌組裝望遠鏡在體積、結(jié)構(gòu)等方面與傳統(tǒng)航天器存在一定的差別,包覆多層等熱控手段會對組裝過程產(chǎn)生干擾等原因,傳統(tǒng)的熱控措施不能完全滿足在軌組裝望遠鏡的熱控需求,因此面向在軌組裝望遠鏡熱控技術(shù)的研究也應(yīng)同步展開。本文以某10m在軌組裝望遠鏡為研究對象,進行了在軌組裝望遠鏡熱控技術(shù)的研究。望遠鏡軌道環(huán)境特性是望遠鏡熱設(shè)計的基礎(chǔ)和前提,文中首先研究分析了望遠鏡運行軌道日地第二拉格朗日點Halo軌道的熱環(huán)境特性,并計算了軌道的外熱流,用于指導(dǎo)熱設(shè)計和熱設(shè)計仿真驗證。借助該軌道太陽等主要外熱源均位于同一側(cè)且背向太陽的一面無強的可見光和熱輻射的特性,開展了了多層薄膜式遮陽罩的研究,通過遮陽罩阻隔太陽光,使望遠鏡通過被動輻射降溫至工作溫度。研究確定了遮陽罩的形狀、尺寸、...
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)吉林省
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡Figure1.1JamesWebbSpaceTelescope
第1章引言3大部分熱量經(jīng)過有限次反射后排向太空中。圖1.1詹姆斯·韋伯太空望遠鏡Figure1.1JamesWebbSpaceTelescope1.2.2SAFIR熱設(shè)計SAFIR作為一臺遠紅外望遠鏡，對于溫度的要求更加嚴苛，工作時望遠鏡及其光學系統(tǒng)將降溫至4K。為達到該目標，SAFIR將采用遮陽罩與制冷機相結(jié)合的方式進行熱控制。與其他遮陽罩各層安裝在同一個平臺上不同，如圖1.2該遮陽罩將被安裝在40K和15K兩個平臺上。通過40K平臺的遮陽罩將太陽的大部分熱量通過制冷機將15K平臺冷卻至15K，通過安裝在該平臺的遮陽罩進一步對熱量進行隔離，近乎完全隔絕來自太陽的熱量。圖1.2單孔徑遠紅外天文臺Figure1.2Singleaperturefar-infraredobservatory1.2.3ATLAST熱設(shè)計主鏡次鏡遮陽罩低溫面（15K平臺）遮陽罩高溫面（40K平臺）
超大口徑在軌組裝望遠鏡熱控技術(shù)研究4與前兩臺不同，ATLAST-9.2m的工作溫度是室溫，其遮陽罩主要作用為避免望遠鏡直接暴露在太陽輻射下造成溫度過高的情況，同時起到抑制雜散光的作用。其遮陽罩由4層薄膜構(gòu)成，面向太陽的一層采用Kapton-E薄膜，向陽面鍍摻雜硅涂層以避免遮陽罩溫度過高，背面鍍鋁從而獲得低的發(fā)射率，減少透過該層的輻射，其余3層為black-Kapton薄膜。為降低制造和展開難度，吸取JWST遮陽罩的教訓，如圖1.3其遮陽罩形狀被設(shè)計的盡可能簡單，各層均為平面形狀，以保證展開的高可靠性。圖1.3先進技術(shù)大口徑空間望遠鏡-9.2mFigure1.3ATLAST-9.2m1.3空間光學遙感器熱控技術(shù)簡介航天器運行在熱條件復(fù)雜多變的太空環(huán)境中，要長期受到太陽及行星的熱輻射和空間低溫熱沉作用，溫度場變化非常劇烈，陽照區(qū)和陰影區(qū)的表面溫度波動可達±200℃，溫度環(huán)境極其惡劣。航天器熱控制技術(shù)應(yīng)運而生，是航天器在軌正常運行的重要保障。它涉及材料科學、數(shù)學、化學、熱工學、光學、流體力學、電子學、計算機科學以及試驗測量技術(shù)等諸多科學領(lǐng)域[8]。其主要目的是通過一些熱控手段來控制航天器內(nèi)部不同部位之間以及內(nèi)部與外部的熱交換，使航天器在軌運行過程中各部分的溫度均保持在其正常工作所需求的范圍內(nèi)。為了達到熱控的需求，眾多的航天工作者投入到了航天器熱控技術(shù)領(lǐng)域的研究[9-13]，基本奠定了以被動熱控為主、主動熱控為輔，主被動相結(jié)合的設(shè)計原則和以分析計算為前導(dǎo)、熱平衡試驗為驗證的設(shè)計程序[14]。下面是一些常用的熱控措施的介紹。被動熱控是指在航天器上通過使用多層隔熱材料、熱控涂層、熱管等[15]被動熱控措施以及優(yōu)化航天器結(jié)構(gòu)對航天器進行熱設(shè)計，使航天器在軌運行時熱量交換處于一個合適的狀態(tài)，一般
【參考文獻】：
期刊論文
[1]正鈦酸鋅無機熱控涂層制備及其性能研究[J]. 張杭,賀光輝,張家強,文陳,張立功,崔慶新,白晶瑩. 表面技術(shù). 2018(09)
[2]空間相機碳纖維桁架導(dǎo)熱增強設(shè)計[J]. 劉光,郭亮,胡日查,吳清文. 光學精密工程. 2017(09)
[3]微膨脹型熱開關(guān)熱特性的參數(shù)敏感性[J]. 張旭升,郭亮,馬明朝,黃勇,毛阿龍,吳清文. 光學精密工程. 2016(07)
[4]多層隔熱材料飛行試驗研究綜述[J]. 石進峰,吳清文,陳立恒,楊獻偉. 中國光學. 2013(04)
[5]多層隔熱材料傳熱特性研究現(xiàn)狀及展望[J]. 李德富,楊煒平,劉小旭. 航天器環(huán)境工程. 2013(03)
[6]國外載人航天器熱控技術(shù)發(fā)展分析[J]. 卜珺珺,曹軍,楊曉林. 航天器環(huán)境工程. 2012(05)
[7]空間光譜成像儀熱設(shè)計參數(shù)的靈敏度[J]. 郭亮,吳清文,顏昌翔. 光學精密工程. 2012(06)
[8]基于分層思想對復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)的有限元模型修正技術(shù)研究[J]. 朱躍,張令彌,郭勤濤. 振動與沖擊. 2011(12)
[9]空間光譜成像儀熱設(shè)計及其分析與驗證[J]. 郭亮,吳清文,顏昌翔. 光學精密工程. 2011(06)
[10]空間光學遙感器熱設(shè)計[J]. 楊獻偉,吳清文,李書勝,江帆,李志來. 中國光學. 2011(02)
本文編號：3248917
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)吉林省
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡Figure1.1JamesWebbSpaceTelescope
第1章引言3大部分熱量經(jīng)過有限次反射后排向太空中。圖1.1詹姆斯·韋伯太空望遠鏡Figure1.1JamesWebbSpaceTelescope1.2.2SAFIR熱設(shè)計SAFIR作為一臺遠紅外望遠鏡，對于溫度的要求更加嚴苛，工作時望遠鏡及其光學系統(tǒng)將降溫至4K。為達到該目標，SAFIR將采用遮陽罩與制冷機相結(jié)合的方式進行熱控制。與其他遮陽罩各層安裝在同一個平臺上不同，如圖1.2該遮陽罩將被安裝在40K和15K兩個平臺上。通過40K平臺的遮陽罩將太陽的大部分熱量通過制冷機將15K平臺冷卻至15K，通過安裝在該平臺的遮陽罩進一步對熱量進行隔離，近乎完全隔絕來自太陽的熱量。圖1.2單孔徑遠紅外天文臺Figure1.2Singleaperturefar-infraredobservatory1.2.3ATLAST熱設(shè)計主鏡次鏡遮陽罩低溫面（15K平臺）遮陽罩高溫面（40K平臺）
超大口徑在軌組裝望遠鏡熱控技術(shù)研究4與前兩臺不同，ATLAST-9.2m的工作溫度是室溫，其遮陽罩主要作用為避免望遠鏡直接暴露在太陽輻射下造成溫度過高的情況，同時起到抑制雜散光的作用。其遮陽罩由4層薄膜構(gòu)成，面向太陽的一層采用Kapton-E薄膜，向陽面鍍摻雜硅涂層以避免遮陽罩溫度過高，背面鍍鋁從而獲得低的發(fā)射率，減少透過該層的輻射，其余3層為black-Kapton薄膜。為降低制造和展開難度，吸取JWST遮陽罩的教訓，如圖1.3其遮陽罩形狀被設(shè)計的盡可能簡單，各層均為平面形狀，以保證展開的高可靠性。圖1.3先進技術(shù)大口徑空間望遠鏡-9.2mFigure1.3ATLAST-9.2m1.3空間光學遙感器熱控技術(shù)簡介航天器運行在熱條件復(fù)雜多變的太空環(huán)境中，要長期受到太陽及行星的熱輻射和空間低溫熱沉作用，溫度場變化非常劇烈，陽照區(qū)和陰影區(qū)的表面溫度波動可達±200℃，溫度環(huán)境極其惡劣。航天器熱控制技術(shù)應(yīng)運而生，是航天器在軌正常運行的重要保障。它涉及材料科學、數(shù)學、化學、熱工學、光學、流體力學、電子學、計算機科學以及試驗測量技術(shù)等諸多科學領(lǐng)域[8]。其主要目的是通過一些熱控手段來控制航天器內(nèi)部不同部位之間以及內(nèi)部與外部的熱交換，使航天器在軌運行過程中各部分的溫度均保持在其正常工作所需求的范圍內(nèi)。為了達到熱控的需求，眾多的航天工作者投入到了航天器熱控技術(shù)領(lǐng)域的研究[9-13]，基本奠定了以被動熱控為主、主動熱控為輔，主被動相結(jié)合的設(shè)計原則和以分析計算為前導(dǎo)、熱平衡試驗為驗證的設(shè)計程序[14]。下面是一些常用的熱控措施的介紹。被動熱控是指在航天器上通過使用多層隔熱材料、熱控涂層、熱管等[15]被動熱控措施以及優(yōu)化航天器結(jié)構(gòu)對航天器進行熱設(shè)計，使航天器在軌運行時熱量交換處于一個合適的狀態(tài)，一般
【參考文獻】：
期刊論文
[1]正鈦酸鋅無機熱控涂層制備及其性能研究[J]. 張杭,賀光輝,張家強,文陳,張立功,崔慶新,白晶瑩. 表面技術(shù). 2018(09)
[2]空間相機碳纖維桁架導(dǎo)熱增強設(shè)計[J]. 劉光,郭亮,胡日查,吳清文. 光學精密工程. 2017(09)
[3]微膨脹型熱開關(guān)熱特性的參數(shù)敏感性[J]. 張旭升,郭亮,馬明朝,黃勇,毛阿龍,吳清文. 光學精密工程. 2016(07)
[4]多層隔熱材料飛行試驗研究綜述[J]. 石進峰,吳清文,陳立恒,楊獻偉. 中國光學. 2013(04)
[5]多層隔熱材料傳熱特性研究現(xiàn)狀及展望[J]. 李德富,楊煒平,劉小旭. 航天器環(huán)境工程. 2013(03)
[6]國外載人航天器熱控技術(shù)發(fā)展分析[J]. 卜珺珺,曹軍,楊曉林. 航天器環(huán)境工程. 2012(05)
[7]空間光譜成像儀熱設(shè)計參數(shù)的靈敏度[J]. 郭亮,吳清文,顏昌翔. 光學精密工程. 2012(06)
[8]基于分層思想對復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)的有限元模型修正技術(shù)研究[J]. 朱躍,張令彌,郭勤濤. 振動與沖擊. 2011(12)
[9]空間光譜成像儀熱設(shè)計及其分析與驗證[J]. 郭亮,吳清文,顏昌翔. 光學精密工程. 2011(06)
[10]空間光學遙感器熱設(shè)計[J]. 楊獻偉,吳清文,李書勝,江帆,李志來. 中國光學. 2011(02)
本文編號：3248917
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/yiqiyibiao/3248917.html
