红外及微波定标试验用空间环模设备研制

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1、航天器环境工程第29卷第1期104SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2012年2月红外及微波定标试验用空间环模设备研制景加荣1，一，姜健2，陈剑霞2(1．上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093；2．上海卫星工程研究所，上海200240)摘要：为了满足星载光学遥感仪器红外定标试验和星载微波遥感仪器微波真空定标试验的需求，上海卫星工程研究所研制成一套专用空间环模设备，该套设备在红外定标用20K冷屏制冷方式的基础上，采用5台G—M制冷机组合冷却冷屏，冷屏温度可降至20K以下。同时，该设备是国内第一台微波真空定标试验设备。试验证明设备各系统达到设计指标要

2、求。关键词：遥感仪器；红外定标；微波真空定标；空间环境模拟；G—M制冷冷屏中图分类号：V416．8文献标识码：A文章编号：1673-1379(2012)01—0104—04DoI：10．3969／j．issn．1673—1379．2012．01．022O引言星载遥感仪器发射前必须在地面进行辐射定标试验，确定遥感仪器在工作温度范围内的输出信号与标准辐射源、仪器内参考辐射量之间的函数关系，用于将卫星飞行过程中获取的目标信息通过反演得到目标的光谱发射特性和光谱辐射特性【11。为了满足星载光学遥感仪器红外定标试验和星载微波遥感仪器微波真空定标试验的需求，上海卫星工程研究所于2009年研制成一套

3、红外及微波定标试验用空间环模设备。用该设备对微波遥感仪器进行的微波真空定标试验在国内尚属首次。该设备主要包括真空容器、真空抽气系统、液氮系统、冷屏及制冷系统、数据采集及试验管理5大系统，其中红外定标用冷屏制冷方式和微波真空定标定标源的真空低温可拆卸连接结构是整个设备研制的关键【21。1主要设计指标设备主要设计指标如下：1)真空容器有效尺寸为咖2．9mx5．2m；2)热沉有效尺寸为q52．5mx5．2m；3)20K冷屏有效尺寸为lm×Im；4)冷屏最大制冷量为80W(20K)：5)冷屏最低温度<20K；6)系统极限真空度优于1×10～Pa。2真空及液氮系统组成2．1真空容器真空容器包括容

4、器筒体和热沉【3]。筒体为卧式结构，材料为0Crl8Ni9，有效尺寸为≯2．9m×5．2m，总容积为42m3。容器内部设计安装两根平行导轨，用于试验产品的进出放置，导轨两侧设可拆卸踏板。筒体热沉亦为卧式结构，有效尺寸为砂2．5m×5．2m。热沉管材选用0Crl8Ni9。在筒体热沉内部局部设计外伸铜翅片结构(如图1所示)，用于定标试验时定标源冷却铜带的连接，这点与普通热真空试验设备的热沉设计有明显区别。一般热沉设计时，在支管上对称焊接两片紫铜翅片；而该设备热沉局部在传统设计的基础上，在支管上额外多焊接一片紫铜翅片，与原有两片翅片垂直，翅片长度约为原有翅片的1／3。在设备用于微波真空定标时

5、，冷屏不需要启动工作，成为了一块热源背景，影响试验的精度。因此，在冷屏下方设计安装一块内部通液氮的小热沉对其进行遮挡，从而满足试验的冷背景温度要求。在红外定标试验中需要冷屏时，再将该可拆卸小热沉拆除移出。小热沉的液氮进出管采用可拆卸真空低温密封设计。收稿日期：2011-03—18；修回日期：2012—01．13作者简介：景加荣(1977一)，男，高级工程师，主要从事空间环境模拟及定标试验技术研究。通信作者：陈剑霞，E．mailchenjianxiag@gmail．tom。图1热沉结构Fig．1Thestructureoftheheatsink2．2真空抽气系统真空抽气系统粗抽机组由滑阀

6、泵和罗茨泵组成，主抽泵采用真空低温泵。在热沉通液氮、冷屏工作后，系统真空度优于1×10～Pa。2．3液氨系统液氮系统主要包括：液氮储槽，低温管路、阀门及测量仪表等。液氮系统采用开式沸腾循环，为热沉、低温泵等提供液氮，系统可靠性高、操作简便。3冷屏及制冷系统3．1概述星载红外遥感仪器在空间飞行时，要求在低于105K的温度条件下工作，依靠始终朝着冷黑空间的辐射制冷器辐射制冷。根据计算分析，在地面进行红外辐射定标试验时，为了使冷屏温度与在轨工作时辐射器二级冷块平衡温度之差小于1K，冷屏的温度应低于20K，冷屏的表面比辐射率应大于0．98。以前空间环境模拟定标设备中的20K冷屏一般采用氦气透平

7、膨胀制冷系统来冷却14]，其优点是制冷量大。但该系统流程复杂、膨胀机转速高、占地面积大，一般为非标设备，投资费用亦非常昂贵，且建造周期长、操作维护复杂。此外，氦气制冷冷屏内部设计有气体流道，以供由氦气透平膨胀制冷系统产生的低温氨气通过来制冷，因而对焊缝漏率的要求非常高：并且冷屏工作温差很大(300～15K)，可能发生变形冷漏，进而影响试验真空度。针对气氦制冷的特点和不足，本文的冷屏设计采用了新型制冷方式，RPG-M带tJ冷机系统直接传导冷却冷屏