一种用于空间光学系统的恒温舱、控制方法及应用

本发明属于航天热控
技术领域：
，尤其涉及一种用于空间光学系统的恒温舱、控制方法及应用。
背景技术：
：目前，空间光学遥感仪器在外空间运行时，受到宇宙空间的外部热源和仪器自身运行时内部热源的共同作用，遥感器内的光学系统温度会随之波动，其变化具有时变特性。温度梯度和温度波动会造成光学元件和机械结构的变形，引起光学系统的视轴漂移和波前畸变。高精密光学仪器为获得更高的图像品质和精度要求，对光学系统的工作热环境还具有温度波动小，高稳定性的要求。现有技术中，为实现空间光学遥感器的恒温工作环境，通常采用将高精温控要求的光学组件与整机结构隔热安装，隔离整机内部对光学组件的热辐射与热传导途径，直接对该光学系统进行独立的温控。缺点是：由光学窗口进入系统的轨道外热流无法隔离，为保证光路的尺寸稳定性，结构支撑常选用低热膨胀系数的材料来设计，而此类材料通常导热系数较低，其自身热阻大，当热量在结构件上流入、流出时，结构件温度梯度大，要实现结构件的恒温，需要耗费大量的星上资源。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中，光学结构支撑常选用低热膨胀系数、低导热系数的材料，自身热阻大；支撑多为轻量化结构，若对支撑温控时，控温回路与散热路径的设计受支撑外形的影响，实施难度大；结构支撑件与光学组件之间的热阻大、传热系数小，仅靠热传导实现恒温需要大量资源。恒温舱不受进入仪器内的外热流影响，可为光学系统提供均匀的内环境，解决了结构支撑精密控温难的问题，能实现光学系统稳定工作温度要求。技术实现要素：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于空间光学系统的恒温舱、控制方法及应用。本发明是这样实现的，一种用于空间光学系统的恒温舱，所述用于空间光学系统的恒温舱设置有：恒温舱体；恒温舱体设置有壳体内表面，恒温舱体设置有壳体外表面；壳体外表面粘贴有电加热器和测温元件，并在非加热区域安装热管，壳体外表面包覆有多层隔热组件；壳体内表面与壳体外表面之间设置有壳体微结构和腔体；恒温舱体通过高效导热组件与辐射冷板导热连接。进一步，所述壳体内表面喷涂光学消光涂层，留有机械安装接口，光学消光涂层采用发射率大于0.9的热控涂层消光黑漆。进一步，所述多层隔热组件为15单元隔热组件，每单元隔热组件由一层双面镀铝薄膜和一层涤纶网组成。进一步，所述壳体微结构为仿晶体胞元点阵结构，腔体填充传热工质。进一步，所述恒温舱体壳体与微结构为一体化加工成型。进一步，所述辐射冷板散热表面附有热控涂层，非散热表面包覆多层隔热组件。进一步，所述热控涂层为粘贴osr二次表面镜或喷涂热控白漆。进一步，所述高效导热组件采用槽道热管或回路热管；所述高效导热组件的热端导热安装在恒温舱体表面，高效导热组件的冷端导热安装在辐射冷板的非散热面；所述热管的热端与恒温舱导热连接，热管的冷端与辐射冷板导热连接。本发明的另一目的在于提供一种所述用于空间光学系统的恒温舱的控制方法，所述控制方法包括：利用恒温舱壳体内填充的相变材料的潜热特性，降低舱体温度对外热流波动的敏感性；当进入舱体内的瞬时外热流过大，高效导热组件无法迅速将能量传导到辐射冷板时，恒温舱壳体内填充的相变材料利用相变潜热特性吸纳这部分能量，降低了舱体温度对外热流波动的敏感性，为高效导热组件的工作响应提供了缓冲时间；当恒温舱的温度低于维持温度时，壳体外表面的控温回路启动，进行pid精密温控，对恒温舱体进行温度补偿，使舱体维持在要求的恒温状态。本发明的另一目的在于提供一种空间光学遥感仪器，所述空间光学遥感仪器放置在所述的用于空间光学系统的恒温舱。结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明能够实现光学系统工作的恒温热环境；可根据需求调整恒温舱的工作温度点，传热能力强，控温精度高；恒温舱为轻质结构，解决了空间仪器的重量需求；无振动源，不影响光学系统成像性能，可靠性高。本发明恒温舱具有恒温能力强，控温精度高、可靠性高的优点，无振动，对空间光学系统的成像质量无影响。本发明中壳体内表面喷涂光学消光涂层，留有机械安装接口，可安装空间光学系统；光学消光涂层采用发射率大于0.9的热控涂层消光黑漆，提高表面发射率，增强热辐射能力和杂散光抑制能力。本发明中多层隔热组件为15单元隔热组件，每单元隔热组件由一层双面镀铝薄膜和一层涤纶网组成，实现隔热。本发明中壳体微结构为仿晶体多胞元点阵结构，腔体填充传热工质，传热工质为低密度高热容的介质，该介质与壳体材料具有相容性，可以为相变材料。本发明中恒温舱体壳体与微结构为一体化加工成型，形成空腔。本发明中辐射冷板散热表面附有热控涂层，非散热表面包覆多层隔热组件。本发明中热控涂层为粘贴osr二次表面镜热控涂层或喷涂热控白漆。本发明中高效导热组件采用槽道热管或回路热管。本发明中高效导热组件的热端导热安装在恒温舱体表面，高效导热组件的冷端导热安装在辐射冷板的非散热面，将恒温舱里多余的热量传导至辐射冷板。本发明中热管的热端与恒温舱导热连接，热管的冷端与辐射冷板导热连接，实现导热。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供的用于空间光学系统的恒温舱结构示意图。图2是本发明实施例提供的恒温舱的舱体外表面导热示意图。图3是本发明实施例提供的恒温舱的舱体外表面导热示意图。图4是本发明实施例提供的10倍太阳常数外热流常加载试验曲线示意图。图5是本发明实施例提供的10/15倍太阳常数外热流周期加载试验曲线示意图。图中：1、恒温舱体；2、多层隔热组件；3、辐射冷板；4、高效导热组件；5、电加热器；6、测温元件；7、传热工质；8、壳体内表面；9、壳体外表面，10、壳体微结构；11、腔体。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于空间光学系统的恒温舱、控制方法及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。具体实施例一：如图1-图3所示，本发明中用于空间光学系统的恒温舱中恒温舱体为采用热导材料整体加工而成的壳体，由壳体表面和微结构组成，二者组成的腔体可填充传热，填充后壳体完成密封，密封为焊接密封。恒温舱体设置有壳体内表面8，壳体内表面8喷涂光学消光涂层，留有机械安装接口，可安装空间光学系统；光学消光涂层采用发射率大于0.9的热控涂层消光黑漆，如z306，提高表面发射率，增强热辐射能力和杂散光抑制能力。恒温舱体设置有壳体外表面9，壳体外表面9粘贴有电加热器5和测温元件6，并在非加热区域安装热管。壳体外表面9包覆有多层隔热组件2，隔绝恒温舱外表面与周围环境的辐射热交换；多层隔热组件2为15单元隔热组件，每单元隔热组件由一层双面镀铝薄膜和一层涤纶网组成。其中，壳体内表面8与壳体外表面9之间设置有壳体微结构10和腔体11；壳体微结构10，为仿晶体八胞元点阵结构；壳体微结构10和腔体11均采用相同的导热材料铝硅十镁增材制造加工而成，腔体11填充传热工质7，传热工质7为低密度高热容的介质，该介质与壳体材料具有相容性，可以为相变材料；传热工质7为十八烷。其中，电加热器5和测温元件6组成的控温回路，温控电路采用pid高精度温控方式，控温精度为±0.1k。恒温舱体通过高效导热组件4与辐射冷板3导热连接起来，辐射冷板3散热表面附有热控涂层，非散热表面包覆多层隔热组件2。热控涂层为粘贴osr二次表面镜热控涂层或喷涂白漆。高效导热组件4采用ω型10*50槽道热管或回路热管，热管的热端与恒温舱导热连接，热管的冷端与辐射冷板3导热连接。高效导热组件4的热端导热安装在恒温舱体表面，高效导热组件4的冷端导热安装在辐射冷板的非散热面。具体实施例二：本实施例与实施例一的区别在于:恒温舱体为采用热导材料整体加工而成的壳体，壳体与微结构采用不同的导热金属材料，壳体表面的材料为铝合金ly12,微结构的材料为铜合金，微结构与壳体通过低温钎焊制成一体，二者组成的腔体填充相变材料十四烷，填充后充液口完成焊接密封。本发明的工作原理为：利用恒温舱壳体内填充的相变材料的潜热特性，降低舱体温度对外热流波动的敏感性；当进入舱体内的瞬时外热流过大，高效导热组件无法迅速将能量传导到辐射冷板时，恒温舱壳体内填充的相变材料利用相变潜热特性吸纳这部分能量，降低了舱体温度对外热流波动的敏感性，为高效导热组件的工作响应提供了缓冲时间；当恒温舱的温度低于维持温度时，壳体外表面的控温回路启动，进行pid精密温控，对恒温舱体进行温度补偿，使舱体维持在要求的恒温状态。对具体实施例一进行仿真和试验测试，仿真结果和实验数据见下表。填充工质热载荷施加情况环境温度舱体最高温舱体最低温温度梯度18烷10/15倍太阳常数周期性加载20.1℃29.0℃28.9℃0.1℃无10/15倍太阳常数周期性加载20.1℃44℃34.9℃9.1℃在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12