[发明专利]一种高轨光学遥感器真空热试验外热流模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于热控领域，涉及一种航天光学遥感器的环境热试验方法。

背景技术

空间光学遥感器在轨运行过程中要长期经受太阳、行星和空间低温热沉的交替加热和冷却，工作环境极为恶劣，遥感器表面面临剧烈的温度变化。而随着光学分辨率需求的日益提高，对光机系统的工作温度提出了极高的要求，因此需要采取合理有效的热控制技术实现遥感器的精密控温。

为了验证热控方案的合理性以及热控产品的控温能力，需要进行充分的地面环境试验，地面环境试验必须模拟在轨的高真空、冷黑空间以及复杂的外热流条件等空间环境，其中外热流模拟的准确性是地面试验有效性的最关键因素。

目前我国在轨的光学遥感器绝大部分工作在低轨道，低轨遥感器所受的地球反照与地球红外较为稳定，太阳直射变化的周期较短，对遥感器内部温度的影响相对较小。随着对地成像技术的发展与凝视成像需求的日益迫切，我国开始进军高轨光学遥感器领域，由于轨道较高，地球反照和地球红外热流的数值较小，可忽略，遥感器所受的外热流主要为太阳直射热流。由于轨道周期较长，使得遥感器受照与不受照的持续时间加长，对遥感器内部的温度影响很大。尤其对于入光口所处的对地面，太阳光与遥感器光轴的夹角较小，遮光罩不能有效遮挡太阳光，光学系统在一个轨道周期内可能面临长达4h的1400W/m²的太阳直射，也称“日凌”现象。剧烈的外热流变化可能导致光学系统几十摄氏度的温度波动，遮光罩的温度变化甚至会达到百摄氏度以上。因此，高轨光学遥感器地面试验尤为需要准确模拟太阳辐射外热流。

目前常用的空间外热流模拟方法是吸收热流模拟法，即采用红外笼、红外灯阵或者电加热器等装置对遥感器进行加热，使相应表面吸收的热流近似等于在轨时吸收的空间热流。以上技术被广泛应用于低轨光学遥感器外热流模拟，但对于面临长时间“日凌”现象的高轨遥感器不再适用，尤其是透射式光学系统。而且红外笼与红外灯阵属非接触式外热流模拟方法，均不具备太阳谱段特性，无法实现光学镜头分谱段进行能量吸收、反射和透过的要求；红外笼发出的能量无方向性，不能模拟太阳光与遥感器的相对角度变换，且不能适应复杂的遥感器结构。

发明内容

本发明解决的技术问题是：解决现有非接触式空间光学遥感器外热流模拟方法不具备太阳光谱能量谱段特性和方向性性问题，提供了一种适用于高轨光学遥感器真空热试验外热流模拟的方法，可准确模拟遥感器在轨所受太阳光谱的能量分布，模拟准确性高且易于工程实现。

本发明的技术解决方案是：一种高轨光学遥感器真空热试验外热流模拟方法，包括如下步骤：

(A)确定光学遥感器的光学系统在轨的太阳吸收率α₁，光学遥感器的遮光罩在轨初期及在轨末期的太阳吸收率α₂和α‘₂，以及光学遥感器外侧多层隔热组件在轨初期及在轨末期的太阳吸收率α₃和α‘₃，根据各太阳吸收率，采用蒙特卡洛法计算得到光学遥感器的光学系统、遮光罩以及光学遥感器外侧多层隔热组件在一个轨道周期内吸收的太阳辐射热流Q₁(t)、Q₂(t)、Q₃(t)，其中t∈[0，T]，T为轨道周期；

(B)根据Q₁(t)是否等于0，将一个轨道周期划分为三个时间段，分别为[0，t₁)、[t₁，t₂]以及(t₂，T]；

(C)根据t₁、t₂以及光学遥感器在轨的运动角速度确定光学遥感器在[t₁，t₂]时间段内需要转动的角速度W和角度α，并选取转动角度范围不小于α的运动模拟器；

(D)根据光学遥感器的外包络尺寸确定太阳模拟器的最小光斑直径D，要求D≥max(2*L₁sin(α/2)+L₂cos(α/2)，L₃)，其中L₁和L₂为光学遥感器在转动平面内的高度和宽度，L₃为光学遥感器在垂直于转动平面的方向上的长度；同时根据光学遥感器的在轨工况确定太阳常数Q_太阳常数来选择太阳模拟器的辐照强度，并选取最大辐照强度Q_max≥Q_太阳常数且最小光斑直径D同时满足要求的太阳模拟器；