碳衛(wèi)星有效載荷熱控制技術(shù)

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1、密級(jí):_ffal?_I“.“?“.‘““‘--7^v‘；?',-‘；‘；.?.',??-?,..中國(guó)科學(xué)院大學(xué)?Lniversit}ofChineseAcademyotSciences博士學(xué)位論文碳衛(wèi)星有效載荷熱控制技術(shù)作者姓名：查鷇_指導(dǎo)教師：—吳清文研究員申g禾斗密機(jī)械與物理研究所學(xué)位類別：工學(xué)博士學(xué)科專業(yè)：機(jī)械葡1造及其自動(dòng)化_一___培養(yǎng)單位：中國(guó)料學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所2015年5月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。據(jù)我所知，除了特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)

2、過(guò)的研究成果。對(duì)本人的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明。本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解中國(guó)科學(xué)院大學(xué)及中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，g卩：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)及中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研宄所有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)中國(guó)科學(xué)院大學(xué)及中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編本學(xué)位論文。(保密的

3、學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書(shū)）學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向:工作單位：_____電話:通訊地址:郵編:ThermalControlTechniqueofCarbonSatellitePayloadByLiYiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceinEngineeringChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPh

4、ysicsChineseAcademyofSciencesMay,2015摘要碳衛(wèi)星有效載荷熱控制技術(shù)李毅（機(jī)械制造及其自動(dòng)化）導(dǎo)師：吳清文研究員摘要人類工業(yè)革命后，由于大量地砍伐森林和大量的化石原料被燃燒，大氣中CO2的含量迅速增加，所帶來(lái)的溫室效應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)重。此前人們對(duì)于CO2的監(jiān)測(cè)僅局限于地面。由于觀測(cè)的局限性人們對(duì)于CO2的全球演變知之甚少，因此CO2的空間監(jiān)測(cè)引起了世界各國(guó)的重視。CO2的空間監(jiān)測(cè)是通過(guò)光學(xué)儀器進(jìn)行的，而溫度直接關(guān)系到光學(xué)儀器的成像質(zhì)量。因此有必要對(duì)于探測(cè)儀熱控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。碳衛(wèi)星有效載荷，作為我國(guó)首個(gè)溫室氣體探測(cè)儀，其姿態(tài)復(fù)雜、

5、內(nèi)熱源功耗大且工作時(shí)間長(zhǎng)，給熱設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。探測(cè)儀觀測(cè)模式多，單軌姿態(tài)變化多，熱設(shè)計(jì)工況難以確定；探測(cè)儀內(nèi)部的紅外探測(cè)組件有制冷機(jī)，其散熱困難，若熱設(shè)計(jì)不當(dāng)將會(huì)影響整個(gè)探測(cè)儀的工作。如何利用成熟的熱控技術(shù)，解決溫室氣體探測(cè)儀的熱控難題，滿足其正常工作的熱控要求等研究?jī)?nèi)容，是本文的主要內(nèi)容。論文概述了溫室氣體光學(xué)遙感器的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了其工作特點(diǎn)和熱設(shè)計(jì)特點(diǎn)，介紹了國(guó)外溫室氣體光學(xué)遙感器的熱設(shè)計(jì)方案。對(duì)我國(guó)的碳衛(wèi)星有效載荷的結(jié)構(gòu)、工作模式進(jìn)行了分析，并總結(jié)了其熱控系統(tǒng)的難點(diǎn)、重點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)CO2探測(cè)儀和云和氣溶膠探測(cè)儀兩部分的熱光學(xué)分析，得到了兩遙感器的熱

6、控指標(biāo)，結(jié)合兩探測(cè)儀的結(jié)構(gòu)將熱控指標(biāo)分解至兩探測(cè)儀各個(gè)部分。在探測(cè)儀詳細(xì)熱設(shè)計(jì)部分，首先對(duì)CO2探測(cè)儀的安裝面、主體、入光口、光學(xué)元件、探測(cè)器組件、電控箱進(jìn)行了詳細(xì)的熱設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)云和氣溶膠探測(cè)儀的主框架、鏡頭組件、遮光罩組件、線路板組件、焦面組件論文進(jìn)行了詳細(xì)熱設(shè)計(jì)。然后根據(jù)探測(cè)儀的姿態(tài)和工作模式，確定高、低溫工況，并進(jìn)行分析I中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士學(xué)位論文：碳衛(wèi)星有效載荷熱控制技術(shù)計(jì)算，從而確定了散熱面面積和補(bǔ)償加熱功耗。熱分析結(jié)果表明低溫工況時(shí)CO2探測(cè)儀的光學(xué)元件溫度為18.4℃~21.8℃，探測(cè)器組件的溫度為18.5℃~25.5℃，云和氣溶膠探測(cè)儀的物鏡組

7、件溫度為19℃~23℃，高溫工況時(shí)CO2探測(cè)儀的光學(xué)元件溫度為18.6℃~22.0℃，探測(cè)器組件的溫度為20.6℃~25.7℃，云和氣溶膠探測(cè)儀的物鏡組件溫度為19℃~23℃，滿足探測(cè)儀工作的溫度要求。此外，還針對(duì)云和氣溶膠探測(cè)儀的遮光罩進(jìn)行了方案優(yōu)選。通過(guò)對(duì)于某類型的遮光罩熱分析研究，得到了其等效長(zhǎng)徑比為1.7為最優(yōu)。再利用云和氣溶膠的遮光罩進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，得到了其尋優(yōu)結(jié)果。最后本文論述了碳衛(wèi)星有效載荷的熱試驗(yàn)。熱平衡試驗(yàn)結(jié)果表明低溫工況CO2探測(cè)儀的主體溫度為16.4℃~19.6℃，探測(cè)器的溫度為15.1℃~16.4℃，云和氣溶膠探測(cè)儀的鏡頭組件溫度為16.

8、4℃~18.9℃，高溫工