作者：斯峒 来源：中国科学报 发布时间：2016/2/19 9:27:05

 揭秘我国高分系列相机的精密热控技术

高分四号卫星于2015年12月29日成功发射，是我国首颗地球同步轨道高分辨率光学成像卫星，也是目前世界上空间分辨率最高、幅宽最大的地球同步轨道光学成像卫星。高分四号卫星定点于赤道上空3.6万公里处，它的主载荷——由中国航天科技集团中国空间技术研究院北京空间机电研究所研制的高分辨率光学遥感器，如“天眼”般日夜凝望和守护着神州大地。

与数百公里高度的低轨空间环境相比较，高分四号所处的地球同步轨道不仅严寒，更有酷热，冷热交变十分剧烈。高分四号相机穿越3.6万公里太空凝望祖国，它如何应对恶劣的空间热环境？

无需担心，北京空间机电研究所的科研人员早就考虑到了。他们采用了多项不同于低轨卫星的热控技术，成功抑制了高轨空间环境恶劣的热扰动影响，实现了相机光学系统的高精度温度控制，确保了“天眼”始终具有稳定、优越的视力。

具体来说，科研人员在高分四号相机光学系统外部设置了巨型“智能太阳帽”。可别小看这顶太阳帽，它采用特种材料，经多种先进工艺制备而成，在有效遮蔽太阳光的同时，还能将太阳馈赠的能量迅速扩散，强烈的外部热扰动被“移山填海”，显著降低了冷热交变的幅度。他们采用结构、热控一体化设计技术，实现精确控温，为光学镜头营造了超稳定的内部环境。针对同步轨道固有的“日凌”现象（午夜前后太阳直射入光口），科技人员利用自主研发的多学科集成设计软件，系统评估了“日凌”入射深度对像质的影响，制定了控温模式。

空间光学遥感器对光学镜头、探测器等的热控精度要求非常高。北京空间机电研究所在遥感器精密热控技术领域开展了多年的深入研究，相关技术与产品已多次成功应用于我国高分系列卫星相机。

2014年，高分二号1M全色/4M多光谱分辨率相机首次采用间接辐射热控技术，通过结构热控一体化设计方法，实现了相机光学镜头优于1℃的温度控制，摘取了国内在轨遥感器最高热控精度的“桂冠”。高分二号相机CCD器件应用了北京空间机电研究所研制的一款微型槽道热管，热控精度达到±2℃。2015年，微型槽道热管的“升级版”产品——控温型环路热管成功应用于高分相机，实现了相机CCD器件在轨±0.5℃的热控精度，短短一年便将我国空间光学遥感器的热控精度推升到新的高度，达到国际先进水平。

自主研发此款控温型环路热管，北京空间机电研究所花费了5年时间。该产品主要用于相机焦面组件的热量排散及精密控温，由毛细泵、工质、管路及冷凝器等组成。毛细泵是它的“心脏”，没有任何运动部件，仅靠毛细芯为工质提供循环动力。管路的外径仅为3mm，虽然是金属材质，却像是一条纤细灵巧的绳索，具有良好的柔韧性，可以适应复杂空间布局，通过针对性设计还可以满足机构间相对运动条件下的柔性传热。

在产品研发过程中，北京空间机电研究所创新性地采用特种非金属材料制造毛细芯，属国内首创。此种非金属毛细芯具有更大的毛细力和更好的化学稳定性，可显著提高环路热管的传热性能和可靠性。保守估计，控温型环路热管的在轨使用寿命可达12年以上。

与传统的槽道热管相比，控温型环路热管具有多重技术优势，管路直径从厘米级降至毫米级，传热能力、传输距离分别提升至400W和20m以上，更新增了远程精确控温功能。同时，它还是一套兼具“共性”和“个性”的集成式系统，即核心部件型谱化、管路形状定制化。小巧的毛细泵“心脏”和灵活的柔性管路，优秀的传热能力和精确的控温性能，使环路热管在航天、航空、船舶、机电等领域具有广泛的应用前景。

专家称，高分专项是“天眼”工程，是建立我国战略性空间基础设施的重大工程，对确保我国空间信息资源的自主权有重要意义。“天眼”看地球，“慧眼”识九州，北京空间机电研究所承担了高分专项多颗卫星的相机研制任务。研究所持续推动专业能力建设，在相机精密热控技术等领域取得了多项重大突破，相关技术成果迅速转化应用，有力确保了高分专项相关任务的圆满成功。（斯峒）