揭秘我國高分系列相機的精密熱控技術

　　 高分四號衛星于2015年12月29日成功發射，是我國首顆地球同步軌道高分辨率光學成像衛星，也是目前世界上空間分辨率最高、幅寬最大的地球同步軌道光學成像衛星。高分四號衛星定點于赤道上空3.6萬公里處，它的主載荷——由中國航天科技集團中國空間技術研究院北京空間機電研究所研制的高分辨率光學遙感器，如“天眼”般日夜凝望和守護著神州大地。

　　與數百公里高度的低軌空間環境相比較，高分四號所處的地球同步軌道不僅嚴寒，更有酷熱，冷熱交變十分劇烈。高分四號相機穿越3.6萬公里太空凝望祖國，它如何應對惡劣的空間熱環境？

　　無需擔心，北京空間機電研究所的科研人員早就考慮到了。他們采用了多項不同于低軌衛星的熱控技術，成功抑制了高軌空間環境惡劣的熱擾動影響，實現了相機光學系統的高精度溫度控制，確保了“天眼”始終具有穩定、優越的視力。

　　具體來說，科研人員在高分四號相機光學系統外部設置了巨型“智能太陽帽”。可別小看這頂太陽帽，它采用特種材料，經多種先進工藝制備而成，在有效遮蔽太陽光的同時，還能將太陽饋贈的能量迅速擴散，強烈的外部熱擾動被“移山填海”，顯著降低了冷熱交變的幅度。他們采用結構、熱控一體化設計技術，實現精確控溫，為光學鏡頭營造了超穩定的內部環境。針對同步軌道固有的“日凌”現象（午夜前后太陽直射入光口），科技人員利用自主研發的多學科集成設計軟件，系統評估了“日凌”入射深度對像質的影響，制定了控溫模式。

　　空間光學遙感器對光學鏡頭、探測器等的熱控精度要求非常高。北京空間機電研究所在遙感器精密熱控技術領域開展了多年的深入研究，相關技術與產品已多次成功應用于我國高分系列衛星相機。

　　2014年，高分二號1M全色/4M多光譜分辨率相機首次采用間接輻射熱控技術，通過結構熱控一體化設計方法，實現了相機光學鏡頭優于1℃的溫度控制，摘取了國內在軌遙感器最高熱控精度的“桂冠”。高分二號相機CCD器件應用了北京空間機電研究所研制的一款微型槽道熱管，熱控精度達到±2℃。2015年，微型槽道熱管的“升級版”產品——控溫型環路熱管成功應用于高分相機，實現了相機CCD器件在軌±0.5℃的熱控精度，短短一年便將我國空間光學遙感器的熱控精度推升到新的高度，達到國際先進水平。

　　自主研發此款控溫型環路熱管，北京空間機電研究所花費了5年時間。該產品主要用于相機焦面組件的熱量排散及精密控溫，由毛細泵、工質、管路及冷凝器等組成。毛細泵是它的“心臟”，沒有任何運動部件，僅靠毛細芯為工質提供循環動力。管路的外徑僅為3mm，雖然是金屬材質，卻像是一條纖細靈巧的繩索，具有良好的柔韌性，可以適應復雜空間布局，通過針對性設計還可以滿足機構間相對運動條件下的柔性傳熱。

　　在產品研發過程中，北京空間機電研究所創新性地采用特種非金屬材料制造毛細芯，屬國內首創。此種非金屬毛細芯具有更大的毛細力和更好的化學穩定性，可顯著提高環路熱管的傳熱性能和可靠性。保守估計，控溫型環路熱管的在軌使用壽命可達12年以上。

　　與傳統的槽道熱管相比，控溫型環路熱管具有多重技術優勢，管路直徑從厘米級降至毫米級，傳熱能力、傳輸距離分別提升至400W和20m以上，更新增了遠程精確控溫功能。同時，它還是一套兼具“共性”和“個性”的集成式系統，即核心部件型譜化、管路形狀定制化。小巧的毛細泵“心臟”和靈活的柔性管路，優秀的傳熱能力和精確的控溫性能，使環路熱管在航天、航空、船舶、機電等領域具有廣泛的應用前景。

　　專家稱，高分專項是“天眼”工程，是建立我國戰略性空間基礎設施的重大工程，對確保我國空間信息資源的自主權有重要意義。“天眼”看地球，“慧眼”識九州，北京空間機電研究所承擔了高分專項多顆衛星的相機研制任務。研究所持續推動專業能力建設，在相機精密熱控技術等領域取得了多項重大突破，相關技術成果迅速轉化應用，有力確保了高分專項相關任務的圓滿成功。