Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах - Формозов Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Тепловые трубы
Для отвода в космосе значительных по величине тепловых потоков на больште расстояния (например, от ПИ к КРТ) используются тепловые низкотемпературные трубы (рис. 11.3), где 1 - зона испарения; 2 - зона конденсации.
Структурно тепловая труба представляет собой запаянный с торцов цилиндр, к внутренней поверхности стенки которого прилегает слой пористого наполнителя. Движения парообразной фазы внутри трубы осуществляется от зоны испарения 1 к зоне конденсации 2, а движение жидкости - в противоположном направлении за счет капиллярно-пористого взаимодействия сконденсированной жидкости (в основном, различные хладоны - фреоны) с микропористым наполнителем. 82
Жидкость
КРТ
Пар
Рис. 11.3
1 12. КОСМИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА КАК КОМПЛЕКС ОС-ФПУ- КСО
Для того чтобы ИК-приемники на основе линеек со сканированием изображения или матричных БИС могли быть вмонтированы в космическую аппаратуру, необходимо решить проблему комплексирования ОС с ФПУ и космической системой охлаждения (КСО).
ФПУ - это ИК-БИС и ГИС, размещенные в специальном устройстве - криостате.
Независимо от области применения и характера объекта (КА, ракета с тепловой головкой самонаведения, крылатая ракета с ИК-систе-мой навигации или FLJR самолета) имеется ряд общих требований, ко -торым должны удовлетворять криостатирующие устройства ИК ТТФЭП:
- оптическое пропускание с малыми потерями в заданной полосе излучения целей;
- обеспечение минимально возможного значения облученности ТТФЭП суммарным аппаратурным тепловым фоном;
- малое значение теплопритоков от ТТФЭП к криогенной системе или контейнеру с запасом криогенного вещества;
- возможность юстировки и сохранения высокого качества изображения в течение длительного времени при всех внешних воздействиях: механических, климатических и специальных;
- стыковка ТТФЭП с КСО и системами обработки видеосигнала при минимуме механических и электрических помех.
Общая схема блока ФПУ-КСО показана на рис. 12.1, где 1 - фланец для стыковки с ОС; 2 - входное оптическое окно; 3 - охлаждаемая бленда; 4 - охлаждаемый фильтр изображения; 5 - БИС или ГИС ИК-приемника; 6 - охлаждаемый экран; 7 - хладопровод; 8 - запас криоа-гена КСО или холодильная головка микрокриогенной системы; 9 - вакуумный вентиль для откачки полости криостата и холодной части МКС; 10 - вакуумный кожух.
83 На рис. 12.1 не показаны опоры, на которых крепятся к корпусу все охлаждаемые элементы блока ФПУ-КСО. Они изготавливаются из тонкостенных стеклотекстолитовых трубок и колец (СТЭФ) и склеиваются, как правило, эпоксокремнийорганическими смолами.
Все внутренние излучающие и поглощающие излучение поверхности должны быть отполированы и покрыты блестящим золотом.
На рис. 12.2 представлены три гипотетических варианта компоновки комплекса ОС-ФПУ в криостате - КСО; T = 313 К; ? = 0,4-0,5.
Основная идея - циркуляционное охлаждение блока фотоприем-но-го датчика на основе БИС или ГИС ИК-приемников. Циркуляция теплообменных криоагентов, имеющих более низкую температуру нормального кипения, чем температура холодных частей КСО, осуществляется по капиллярам из нержавеющей стали 000Х18Н9Т с помощью специальных насосов (работающих при криогенных температурах) .
Аппаратура (рис. 12.2, а) предназначена для высокоэллиптических орбит (апогей = 46000 км), когда КА периодически уходит из зоны радиовидимости с территории РФ. На это время циркуляция отключается, и ПИ, и охлаждаемый фильтр очищаются от криоосадков.
В качестве КСО используется запас твердого метана СН4 (Т = = 67 К), экранированного контейнером с запасом твердого аммиака N3 (Т = 163 К). Теплообменные криоагенты: жидкий азот (Тнк = 77,4 К); жидкий хладон-13 (Тнк = 192 К).
84 В варианте (рис. 12.2, б) контейнер с твердым аммиаком заменен на однокаскадный радиатор, снабженный аккумулятором холода на веществе, плавящемся при Тпл = 180 К.
Вариант (рис. 12.2, в) предназначен для работы в круглосуточном режиме на геостационарной орбите (38600 км) в течение 3-5 лет. В нем
85 использован трехкаскадный радиатор, обеспечивающий охлаждение до 86 К, снабженный аккумулятором холода на плавящемся твердом пропане C3H8, но это только для PbS на ? ? 3 мкм.
12.1. Космическая аппаратура для обнаружения стартов МБР в ближнем и среднем ИК-диапазонах на базе ФПУ с линейными приемниками
В середине 60-х годов прошлого столетия США в Исследовательском космическом центре в Санта-Барбаре начали работы по созданию спутниковых систем для обнаружения стартов межконтинентальных баллистических ракет по излучению их факелов. Было ясно с самого начала, что в видимом диапазоне в полосе прозрачности атмосферы обнаружить факел (50-100 м) можно только с небольшого расстояния. КА же должны находиться на геостационарной орбите (38600 км) и вращаться в ту же сторону, в которую вокруг своей оси вращается Земля, с равными скоростями. Это возможно только в плоскости эклиптики, поэтому интерес представляют в основном запуски спутников с ракетодромов, расположенных как можно ближе к экватору.
