衛(wèi)星熱平衡試驗(yàn)與太陽(yáng)模擬器

金屬鹵素光源模擬器

光譜覆蓋：200-3000nm  

均勻性：90-95%

匹配度：B

氙燈光源模擬器

光譜覆蓋：250-2500nm

均勻性：90-95%

匹配度：A

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衛(wèi)星熱設(shè)計(jì)是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。一顆衛(wèi)星是由許多對(duì)溫度敏感的部件組成的。傳感器、照相機(jī)、收音機(jī)、電子器件、電池、姿態(tài)控制系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池板都需要保持在一定的溫度范圍內(nèi)，甚至衛(wèi)星結(jié)構(gòu)本身也必須保持在一定的溫度范圍內(nèi)，以防止過(guò)度的熱變形。許多組件都會(huì)散發(fā)熱量，衛(wèi)星也會(huì)經(jīng)受來(lái)自環(huán)境的多種不同的紅外(IR)熱載荷。

設(shè)計(jì)一顆衛(wèi)星需要了解如何最好地將所有這些熱量輻射出去，并使衛(wèi)星保持在理想的工作條件下。各種電子元件產(chǎn)生的熱量通常很容易定義，但環(huán)境熱載荷可能出奇地復(fù)雜。首先，在面向太陽(yáng)的任意表面上，有直接入射的準(zhǔn)直太陽(yáng)光通量。

其次，對(duì)于近地軌道上的衛(wèi)星，入射到地球日光側(cè)的太陽(yáng)光通量會(huì)被漫反射到衛(wèi)星朝向地球一側(cè)的表面。這些反射的大小取決于地球的局部表面特性以及不斷變化的大氣條件。總的來(lái)說(shuō)，漫反射太陽(yáng)光通量大約是直接太陽(yáng)光通量的三分之一，被稱(chēng)為反照率通量。當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入日食時(shí)，這些直接的太陽(yáng)光通量和反照率載荷下降為零，但有一個(gè)第三環(huán)境熱源始終存在。地球是溫暖的，相當(dāng)于一個(gè)漫射器，其紅外輻射的大小是緯度和經(jīng)度的函數(shù)。知道這些隨時(shí)間變化的環(huán)境通量，以及它們?cè)谛l(wèi)星表面的分布，是計(jì)算衛(wèi)星溫度所需要的輸入，這涉及到求解固體部分的熱傳導(dǎo)和所有暴露表面的輻射。通常將這些環(huán)境通量分為兩個(gè)波段：太陽(yáng)波段和環(huán)境波段。

這樣做的原因是，太陽(yáng)溫度在 5780K 左右，主要發(fā)出短波長(zhǎng)的輻射，而衛(wèi)星和地球溫度都在 300K 左右，主要發(fā)出長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外輻射。這種劃分是很重要的，因?yàn)闉榱藷峁芾恚l(wèi)星外部涂層的表面吸收性能往往是專(zhuān)門(mén)定制的，是波長(zhǎng)的函數(shù)。例如，為了使衛(wèi)星的工作溫度盡可能低，一種方法是使用在太陽(yáng)波段具有低吸收率(發(fā)射率)但在環(huán)境波段具有高發(fā)射率的表面涂層。

位于荷蘭歐空局技術(shù)中心的大型空間模擬器內(nèi)的JUICE熱開(kāi)發(fā)模型視圖。強(qiáng)大的太陽(yáng)模擬器照明和加熱，以驗(yàn)證它可以承受航天器在飛越金星期間在*接近太陽(yáng)時(shí)遇到的太陽(yáng)加熱的影響。

JUICE木星冰月探測(cè)器，是歐空局探索太陽(yáng)系最大行星及其海洋衛(wèi)星的未來(lái)任務(wù)。它將開(kāi)始為期七年的巡航，在離開(kāi)內(nèi)太陽(yáng)系前往木星之前，將利用幾次飛越地球、金星、地球、火星和地球。

為了確保航天器能夠在旅途中經(jīng)歷的*端溫度變化中幸存下來(lái)，在進(jìn)行熱驗(yàn)證測(cè)試。

衛(wèi)星熱平衡試驗(yàn)與太陽(yáng)模擬器

包裹在多層絕緣層中的航天器模型在前景中可見(jiàn)，而在畫(huà)面的上部可以看到太陽(yáng)光模擬器的高能燈和鏡子。太陽(yáng)光模擬器用于將航天器模型面向太陽(yáng)的一面加熱到200oC左右。同時(shí)，通過(guò)充滿(mǎn)液氮的熱護(hù)罩將真空室的內(nèi)部溫度降低到-180oC，以再現(xiàn)背對(duì)太陽(yáng)的側(cè)面的寒冷條件。

這個(gè)熱階段之后是冷相，它通過(guò)保持室內(nèi)的寒冷條件并關(guān)閉太陽(yáng)光模擬燈來(lái)模擬木星的低溫環(huán)境。