ZM4300大型空间光学遥感器环境模拟与试验设备研制

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国真空学会2012 学术年会 作者:王先荣

  空间环境模拟设备是航天器研制的重要地面系统,用以在航天器发射进入空间前为其提供地面模拟的空间环境,并在模拟环境下对航天器功能、性能、指标及其空间适应性、可靠性做出检测、试验、判断和修正,以保证其发射进入空间后既定功能的实现。

  “ZM4300 空间光学遥感器环境模拟与试验设备”是国家某大型型号技改项目。具体内容为中科院长春精密光学机械与物理研究所委托中国航天科技集团公司五院五一〇研究所为其研制大型空间光学专用环境模拟试验设备,用于模拟外太空的高真空、外热流和冷黑背景环境,进行大型空间光学遥感器、小卫星及其他空间有效载荷的热光学、热平衡、热真空和热循环等试验。大型空间光学专用环模设备除了具备空间环模设备的一般通用要求外,还必须具备特殊的功能性能特征和极高的技术指标要求,用以保证空间光学遥感器或其它空间光学载荷环模试验的有效性和充分性。

  这些特殊的功能性能特征涉及:

  1、足够的庞大的模拟空间腔体

  2、在大腔体内实现极高的真空度

  3、真空实现必须选择可重复实现的、洁净的、快捷的、低温泵大抽速系统(国内无成熟产品,需从国外进口)

  4、在大腔体内实现不同载荷、不同功能性能试验要求的冷黑环境,并提供相应的复杂的配套低温流程(由于设计和结构实现的复杂性,通常为单一流程)

  5、在大腔体内实现极高真空度的同时实现极高的洁净度要求,以保证光学试验载荷本身的安全

  6、超大面积热沉曲面控温均匀度与控温精度的实现

  ZM4300 空间光学遥感器环境模拟与试验设备由如下主要系统组成:真空容器系统真空抽气系统、大口径低温泵大抽速系统、热沉系统、热沉加热笼系统、可移动热沉系统、液氮流程系统、酒精流程系统、污染控制与监测系统、测温控温系统、总测与控制系统等组成。

  ZM4300 设备庞大,系统复杂,兼具多种试验模式,其先进性和创新点在于:

  1、我国目前同类设备中,功能性能最优良,技术指标最先进,规模最庞大的设备, 真空容器直径4.3m,长约10m

  2、在国外拒绝进口大口径低温泵系统情形下,通过独立设计、配套制造的高洁净大口径大抽速低温泵系统(口径直径D>1150mm、抽速45000L/s ),实现了超大腔体内1.4×10-5Pa 的超高真空。

  3、克服了结构实现的复杂性,设计实现了目前国际国内独有设计的双流程并行系统——液氮流程热沉致冷<100K; 酒精流程热沉致冷-70℃~20℃可控(其中液氮流程系统尚具有单相密闭循环和开式循环两类工作模式)。两种流程共用热沉,可根据载荷的特性和具体环模试验要求选择不同流程,实现了设备的多功能和运行的低成本,同时提高了系统运行的可靠性。

  4、采用新颖设计的鱼骨式热沉结构(流阻小,流体分布均匀);同时采用不锈钢管与铜板焊接的方式,并在热沉外侧设防辐射屏(降低辐射传热损失),实现了热沉高的降温速率与良好的温度均匀性,升降温速率(热沉壁平均值)≥1.65℃/min

  5、在庞大且复杂的热沉曲面上和可移动热沉曲面上,实现了极高的温控均匀度要求(±1K)和温控精度要求(±0.5K)

  6、采用特别排液结构设计,解决了热沉在液氮流程和酒精流程间的切换,实现了两个流程同一热沉通道的共用。

  7、采用四级质谱仪和石英晶体微量天平,设计研制了高洁净光学系统防污染装置及监测系统,实现了空间光学模拟环境的高洁净与高可靠设备洁净控制水平达到24 小时累计污染量小于1.36×10-8g/cm2。

  8、设计了可移动热沉和太阳模拟器接口系统,可根据需要实现设备功能的扩展。

  9、采用大门悬吊卸载隔振机构,采用罐主体与抽气系统之间的减振设计,成功解决了机械振动对光学遥感试验的扰动和影响。

  10、采用龙门吊装结构,同时采用大门自动预紧机构。保证了大门运行的平稳可靠和密封性能。

  11、采用了三种控制模式,保证了设备整体控制的可靠性。

  12、设备能在高真空、高低温交变状态下连续工作30 天以上设备设计先进,系统配置精良,加工精细,技术指标领先。交付用户投入型号使用以来,已为多个型号卫星完成光学遥感载荷和相机的空间模拟试验,且功能稳定,性能优良可靠。在型号研制中发挥了重要作用.

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