大口径地球静止轨道卫星光学相机系统及其试验方法与流程

本发明涉及一种光学相机，特别是涉及一种大口径地球静止轨道卫星光学相机系统及其试验方法。

背景技术：

目前国内外模拟空间外热流的方法主要有：辐射型的太阳模拟器、红外灯阵和红外笼等，以及传导型的表面电阻加热器。其中太阳模拟器采用氙灯作为光源，其光谱分布与太阳光比较接近，能考验航天器表面涂层的热光学性质，能较好的验证仪器表面间互相遮挡的影响，尤其是对复杂外形的航天器或仪器适应性好。对于大遮光罩口径地球静止轨道卫星的光学相机，由于遮光罩内一个轨道周期的太阳光照时间长且光照角不断变化，同时遮光罩内的部件结构复杂且存在选择性吸收的光学镜片等部件，因此必须采用太阳模拟器模拟遮光罩内外热流。对于大遮光罩口径的光学相机，由于其结构尺寸大，遮光罩张角大，需要转动的角度大，从而在实际试验中受到了真空罐尺寸的限制，因此需要对相机的与转台的位置关系、转台的运动流程进行分析。同时由于太阳模拟光照及转台的转动引入了部分外热流，因此需要对外热流进行分析、统计和综合处理。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种大口径地球静止轨道卫星光学相机系统及其试验方法，其能够提高热平衡试验的准确性，减小试验的误差，减少成本。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种大口径地球静止轨道卫星光学相机系统，其包括真空罐、光学相机、相机安装支架、转台、太阳模拟光源、外热流模拟电加热器、遮光罩，外热流模拟电加热器、遮光罩都与光学相机相连，光学相机通过相机安装支架安装在真空罐内的转台上，遮光罩外口中心与转台中心线重合，遮光罩中心与太阳模拟光源的中心线重合。

优选地，所述转台的中心轴和转动角度根据真空罐的尺寸限制进行调整，用于模拟遮光罩内部部件外热流为目的。

优选地，所述太阳模拟光源和真空罐之间设有挡光板，挡光板根据需要进行移动。

本发明还提供一种大口径地球静止轨道卫星光学相机系统的试验方法，包括以下步骤：

步骤一、在太阳模拟光源前加挡光板，提前0.5小时开启并设置太阳模拟器太阳常数，相机处于0°位置；

步骤二、时间为0:00时刻，保持加挡光板状态，开启转台按0.25°/min转动，同时施加电加热器模拟外热流；

步骤三、时间为0:36时刻，撤去挡光板；

步骤四、时间为4:00时刻，加挡光板，关闭太阳模拟光源，关闭转台；

步骤五、时间为18:00时刻，开启转台按-1°/min转动；

步骤六、时间为19:30时刻，开启并设置太阳模拟器太阳常数；

步骤七、时间为20:00时刻，撤去挡光板，转台按0.25°/min转动；

步骤八、时间为23:24时刻，加挡光板；

步骤九、时间为24:00时刻，循环至步骤二。

优选地，所述步骤二至步骤九为一个试验工况循环，重复循环至温度数据达到热平衡判据，则试验工况完成。

优选地，所述步骤二中电加热器模拟外热流综合考虑了太阳模拟光和转台转动引入的外热流。

优选地，所述大口径地球静止轨道卫星光学相机的试验方法是通过热分析对外热流进行分段处理，采用太阳模拟器对相机遮光罩内的入射外热流进行模拟，采用转台转动实现遮光罩内太阳光照角随时间变化的模拟，采用电加热片对相机其他部位的吸收外热流进行模拟，采用在模拟太阳光源与真空罐入光口之间放置挡光板实现阴影的模拟。

优选地，所述热分析对外热流进行分段处理的方法为：建立太阳模拟光源和相机热分析模型，根据相机遮光罩内的光照时间和真空罐尺寸限制条件确定试验转台的转动角度范围，统计太阳模拟光照在遮光罩外部的区域和数值。

本发明的积极进步效果在于：本发明能够准确模拟相机遮光罩内复杂形状和光学镜片上的太阳光外热流大小和变化过程，提高热平衡试验的准确性；本发明能够综合考虑太阳模拟热流与电加热器模拟热流的施加，减小试验的误差；本发明能够根据遮光罩的口径大小和真空罐的实际尺寸，寻求合理的转动角度，减小试验的投入。该发明在综合考虑试验条件限制的基础上，针对光学相机不同的部位进行分区模拟，提高了热试验的准确性和有效性。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图。

图2为本发明的侧面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1和图2所示，本发明大口径地球静止轨道卫星光学相机系统包括真空罐1、光学相机2、相机安装支架3、转台4、太阳模拟光源5、外热流模拟电加热器6、遮光罩7，外热流模拟电加热器6、遮光罩7都与光学相机2相连，光学相机2通过相机安装支架3安装在真空罐1内的转台4上，遮光罩7外口中心与转台4中心线重合，遮光罩7中心与太阳模拟光源5的中心线重合。

所述转台4的中心轴和转动角度可根据真空罐的尺寸限制进行调整，用于模拟遮光罩内部部件外热流为目的。

所述太阳模拟光源和真空罐之间设有挡光板，挡光板根据需要进行移动。

本发明大口径地球静止轨道卫星光学相机的试验方法包括以下步骤：

步骤一、在太阳模拟光源前加挡光板，提前0.5小时开启并设置太阳模拟器太阳常数，相机处于0°位置，即遮光罩中心法线与太阳光源中心法线重合；

步骤二、时间为0:00时刻，保持加挡光板状态，开启转台按0.25°/min转动，同时施加电加热器模拟外热流；

步骤三、时间为0:36时刻，撤去挡光板；

步骤四、时间为4:00时刻，加挡光板，关闭太阳模拟光源，关闭转台；

步骤五、时间为18:00时刻，开启转台按-1°/min转动；

步骤六、时间为19:30时刻，开启并设置太阳模拟器太阳常数；

步骤七、时间为20:00时刻，撤去挡光板，转台按0.25°/min转动；

步骤八、时间为23:24时刻，加挡光板；

步骤九、时间为24:00时刻，循环至步骤二。

所述步骤二至步骤九为一个试验工况循环，重复循环至温度数据达到热平衡判据，则试验工况完成。

所述步骤二中电加热器模拟外热流综合考虑了太阳模拟光和转台转动引入的外热流。

大口径地球静止轨道卫星光学相机的试验方法是通过热分析对外热流进行分段处理，采用太阳模拟器对相机遮光罩内的入射外热流进行模拟，采用转台转动实现遮光罩内太阳光照角随时间变化的模拟，采用电加热片对相机其他部位的吸收外热流进行模拟，采用在模拟太阳光源与真空罐入光口之间放置挡光板实现阴影的模拟。

所述热分析对外热流进行分段处理的方法为：建立太阳模拟光源和相机热分析模型，根据相机遮光罩内的光照时间和真空罐尺寸限制条件确定试验转台的转动角度范围，统计太阳模拟光照在遮光罩外部的区域和数值。

本发明的工作原理如下：遮光罩内入射外热流采用氙灯太阳模拟光模拟，氙灯太阳模拟光照强度可根据事先标定的光强与电流的曲线进行调节，模拟太阳光源挡光板放置在光源与真空罐入光口之间，可根据需要进行移动；相机转台的转动中心轴平行于遮光罩口平面并穿过平面中心，转台在一定的试验时间段进行，转动速率为0.25°/min；电加热片外热流模拟方法为：对于太阳模拟光照在遮光罩外部的区域，从总外热流中减去太阳模拟光照在遮光罩外部的数值，所有电加热器模拟外热流与转台转动同步施加；太阳模拟器光照强度可根据标定的太阳辐照强度与电流的曲线在1个太阳常数附近进行设置；电加热器模拟外热流综合考虑了太阳模拟光和转台转动引入的外热流。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。