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近地轨道高精度一体式星敏感器热设计及仿真验证

张家洪 贾卓杭 郭亮 彭博 王伟成

张家洪, 贾卓杭, 郭亮, 彭博, 王伟成. 近地轨道高精度一体式星敏感器热设计及仿真验证[J]. 红外技术, 2024, 46(4): 400-405.
引用本文: 张家洪, 贾卓杭, 郭亮, 彭博, 王伟成. 近地轨道高精度一体式星敏感器热设计及仿真验证[J]. 红外技术, 2024, 46(4): 400-405.
ZHANG Jiahong, JIA Zhuohang, GUO Liang, PENG Bo, WANG Weicheng. Thermal Design and Simulation Verification of High-precision Integrated Star Sensor in Near-Earth Orbit[J]. Infrared Technology , 2024, 46(4): 400-405.
Citation: ZHANG Jiahong, JIA Zhuohang, GUO Liang, PENG Bo, WANG Weicheng. Thermal Design and Simulation Verification of High-precision Integrated Star Sensor in Near-Earth Orbit[J]. Infrared Technology , 2024, 46(4): 400-405.

近地轨道高精度一体式星敏感器热设计及仿真验证

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(61605203);中国科学院青年创新促进会资助项目(2015173)
详细信息
    作者简介:

    张家洪(1999-),男,硕士研究生,主要从事空间光学遥感器热控制方面的研究

    通讯作者:

    郭亮(1982-),男,博士,研究员,博士生导师,主要从事航天器热控制、智能热控制和光电材料与器件等方面的研究。Email:guoliang@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: V241.62

Thermal Design and Simulation Verification of High-precision Integrated Star Sensor in Near-Earth Orbit

  • 摘要: 某型高精度一体式星敏感器指向精度高,对温度变化非常敏感。其所处近地轨道外热流复杂多变,一体式结构和内热源集中的综合因素不仅导致散热设计困难,而且镜头直接受到内热源发热影响难以保障指向精度。首先,结合轨道参数,安装布局获得星敏感器平均吸收外热流。然后,通过分析外热流与内热源工作情况,采用被动热控和主动热控相结合的热设计方法,并对星敏感器散热面的位置与大小进行设计与计算。最后,根据轨道环境和热控措施并利用热仿真软件进行热分析验证。仿真结果表明,安装法兰温度为19.82℃~20.10℃,镜头轴向温差小于2.23℃,周向温差小于0.48℃,电路盒温度为19.10℃~23.49℃,满足热控指标。通过合理的热控设计保证了极高精度星敏感器的稳定工作条件,星敏感器的热设计合理有效。
  • 图  1  星敏感器结构图

    Figure  1.  Star sensor structure diagram

    图  2  星敏感器位置分布图

    Figure  2.  Position distribution of star sensor

    图  3  星敏感器散热面预设分布图

    Figure  3.  Heat dissipation surface of star sensor preset

    图  4  空间遥感器在轨高温工况姿态图

    Figure  4.  On-orbit attitude map of space remote sensor

    图  5  平均吸收外热流随β变化趋势

    Figure  5.  Available average heat flows with different β

    图  6  β为0°时平均吸收外热流

    Figure  6.  Available average heat flows when β=0°

    图  7  β为60°时平均吸收外热流

    Figure  7.  Available average heat flows when β=60°

    图  8  碳导热索示意图

    Figure  8.  Schematic diagram of carbon heat conduction

    图  9  热设计示意图

    Figure  9.  Thermal design diagram

    图  10  星敏感器主体有限元模型

    Figure  10.  Finite element model of star sensor body

    图  11  低温工况温度分布云图与温度变化曲线

    Figure  11.  Low temperature distribution clouds and temperature variation curves

    图  12  高温工况温度分布云图与温度变化曲线

    Figure  12.  High temperature distribution clouds and temperature variation curves

    表  1  重要结构热控指标

    Table  1.   Important structure thermal control index

    Structure Index content Thermal control index
    Installation flange Temperature 20℃±0.5℃
    Lens cone Axial temperature difference <3℃
    Circumferential temperature difference <1℃
    Power supply chassis Temperature <25℃
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    表  2  极端工况

    Table  2.   Extreme conditions

    Solar position β Heat sink surface coating surface properties
    High temperature
    working condition
    Winter
    solstice
    60° End period
    Low temperature
    working condition
    Summer
    solstice
    Initial period
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-21
  • 修回日期:  2024-04-08
  • 刊出日期:  2024-04-20

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