[发明专利]一种星敏感器高平面度实现方法

说明书

本发明涉及一种星敏感器高平面度实现方法，属于航天器部件制造技术领域。本发明提出的一种星敏感器产品的高平面度实现方法，实现了优于0.01mm的平面度，远高于现有星敏感器产品通常要求的0.1mm的平面度水平；本发明解决了星敏感器产品研制过程由于复杂的装配操作、恶劣的力学试验和空间热环境试验等测试所导致的整机平面度超差的难题，实现了优于0.01mm的高平面度，同时对产品整机没有性能上的隐患。

技术领域

本发明涉及一种星敏感器高平面度实现方法，属于航天器部件制造技术领域。

背景技术

星敏感器是航天器控制分系统中重要的姿态测量部件，一般由光学系统、电路及机械结构等多种复杂的零组件组装而成。由于星敏感器通常安装在航天器舱外，除了内部电路中的电子元器件发热外，还可能受到太阳、地球和月亮等外热流的照射影响，因此为了保证星敏感器处于正常的工作温度范围内，需保证其有良好的散热通道。星敏感器主要通过其安装法兰与支架直接安装通过热传导来散热。

一般而言，安装法兰与支架接触面的平面度指标越高，接触传热系数越高。若能将光电产品的整机平面度由0.1mm提高至0.02mm，同时支架平面度也由0.1mm提高至0.02mm，相对于0.1mm平面度条件下接触传热系数将能提高1至2个数量级，接触传热系数将由100W/m²·K～500W/m²·K提高至5000W/m²·K～50000W/m²·K。某种星敏感器产品的功耗约为8W，受太阳、地球和月球等外热流照射的平均功率为12W，在接触面平面度为0.1mm的条件下，星敏感器产品与支架的温差在2℃～4℃范围内，若能将接触面平面度提升至0.02mm，星敏感器产品与支架的温差将减小至0.2℃以内，因此提高星敏感器产品的整机平面度可以大大提升星敏感器产品的整机散热能力。

目前主流应用的航天器用星敏感器产品除了实现既定的姿态测量功能外，还有小型化、轻量化的技术指标需求，而星敏感器产品在空间飞行应用前还需要通过严酷的鉴定级力学试验、空间热环境试验的考核。为了保证星敏感器产品具有相对较好的强度和刚度，星敏感器产品内部广泛采用超静定、过定位结构设计，需要装配的零组件较多、装配流程也较为复杂。星敏感器产品的安装法兰除了提供安装接口外，还需要安装各种零组件、光学系统或电路，因此其结构通常比较复杂，加工或零件静置过程中容易产生变形，从而引起安装面的变形；在星敏感器产品由零组件装配成整机的过程中，由于采用了这种超静定、过定位结构设计，零组件之间必然存在残余应力，容易引起整机安装面的变形；同时由于星敏感器产品整机还要经受调焦、标定、力学试验、空间热环境试验和观星等诸多环境因素的影响，在试验过程中也会产生应力释放，使得星敏感器产品整机尤其是安装法兰接触平面发生变形。

航天任务对星敏感器产品的整机安装法兰的平面度一般要求为0.1mm，大部分星敏感器产品可以满足0.1mm的平面度指标要求，但还有部分星敏感器产品在产品研制初期平面度优于0.1mm，但在经历力学试验、空间热环境试验后，产品的平面度就达到了0.12mm～0.15mm，而星敏感器产品的平面度是航天产品验收时的一个重要指标，该项指标超差可能导致该产品被用户拒收。

解决星敏感器产品整机平面度超差的措施有两种：一种是通过橡皮锤多次敲击光电产品的本体，使得平面度满足要求；另一种是通过整机研磨的方式，使得平面度满足要求。

通过橡皮锤敲击星敏感器产品实现星敏感器产品高平面度存在以下不足：

1、高平面度实现过程不能量化且平面度水平不高。通过橡皮锤敲击星敏感器产品的本体实现高平面度的原理是，星敏感器产品放在平面度更高的大理石平台上，橡皮锤敲击星敏感器产品本体结构进而对星敏感器产品的安装法兰产生了作用力，大理石平台对安装法兰有反作用力从而校正星敏感器产品安装法兰的平面度，但这种校正平面度的方法过于间接且实施过程中难以量化，在实际实施过程中常有经过多次敲击后星敏感器产品的平面度仍难以达标的案例发生。