Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах - Формозов Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
уровне 80 К к величинам M^r = 30 г; МСи = 200 г. Теплопритоки составили: Q80 К = 0,42 Вт; Q180 К = 0,75 Вт. Криоресурс такой системы определяется
а1'
Gr = ЯсАХТ + ~(х.п +M ФПД )и DT + ( + dI
яФПД ) Т,
откуда
T = -
Qr
qCAX
1 (( х.п + M ФПД ) DT-
?
"Ихл"
?
T2 ?
яФПД ? T ?
(12.1)
где Q = 50 кг CH4 ; 25 кг NH3;
4
180 К
3, .CH4 = 610 Дж/г; rNH3 = 1700 Дж/г;
qCAX = 0,8 Вт; яСах = 0,9 Вт; T1 = 24 ч; T = 17 ч.
Ресурс в режиме 7/24 составил 8 мес. (7 ч - работа, 17 ч - отогрев); в режиме 24/24 - 6 мес.; NEP2 7 = 3Q0-14 Вт[Гц12; при Еф = Ш0-6 Вт/см2.
Такие низкие значения теплопритоков и охлаждаемых масс обеспечены за счет применения всех опорных элементов из тонкостенных трубок из стеклотекстолита СТЭФ и эпоксокремний органических смол. / 2
Конструкция модульного ФПД представлена на рис. 12.4, где 1 - ТТФЭП; 2 - лейко-сапфировые микроплаты с БИС; 3 - патруб- 4 ки циркуляции криоагента; 4 - соединения.
Гидравлическая схема модуля ФПД показана условно на рис. 12.5 (1 - медный па-раллепипед; 2 - змеевик). -І і>
t Y Рис. 12.4
89 Теплообменник (медная трубка) спаян с коробом по углам на припой ПСР-72В. Эта схема позволяет соединять последовательно любое количество модулей (рис. 12.6).
Идея создания квадратного модуля, стыкуемого по всем четырем сторонам с аналогичными модулями при минимальных (менее 1-го элемента) зазорах в фоточувствительном поле получила название Z-технологии: в ХУ-плос-кости - матричные ИК-приемники типа ТТФЭП или ИК - ПЗС, abZ-направлении - схемы коммутации и предварительной обработки видеосигнала.
Набор из большого числа модулей называется " мозаичной фокальной решеткой" (МФР). Размеры МФР - ориентировочно 12- 12 см. Для нее нужен КА с трехосной стабилизацией. Размер линеек IMEWS ? 12 см длиной. Для них нужен КА со стабилизацией вращением.
Рис. 12.5
1
2
Выход к/а
Рис. 12.6
90 13. СТЫКОВКА ФПУ С КОМБИНИРОВАННЫМИ СИСТЕМАМИ НА БАЗЕ ДРС И ГКМ С АККУМУЛЯТОРАМИ ХОЛОДА НА ПЛАВЯЩИХСЯ ВЕЩЕСТВАХ
Космические телевизионные системы (ТВС) с некомпактными ФПУ, чувствительные в диапазоне 3-5 мкм и имеющие ресурс работы не менее 5 лет, могут быть построены на основе комбинации аккумуляторов холода на плавящихся веществах при азотных температурах и экранировки их с помощью РСО с уровнем охлаждения I5 0-I70 К (рис. 13.1). Периодическим включением ДРС, теплообменник микроохладителя которой встроен в контейнер с твердым газом, можно превращать в твердь расплавившийся в результате компенсации теплопритоков от ФПУ жидкий газ (например, аргон Ar, Тпл = 87,3 К; метан СН4, Тпл = 90,6 К; пропан C3H8, Тпл = 86 К). Все эти вещества имеют тройные точки выше Тн N2 . Поэтому с помощью ДРС на N2 их можно периодически отвер-ждать. При этом можно компенсировать весьма значительные тепло-притоки от ФПУ.
13
12 11
10
8
А-п
X
г>
Рис. 10.3
91 На рис. 13.1: 1 - оптическая система; 2 - входное оптическое окно (лейкосапфир, германий); 3 - охлаждаемый фильтр (Т = I50-I70 К); 4 - ФПД модульного типа (Т ? 86 К); 5 - КРТ (Т = I50-T70 К); 6 - система хладоп-роводов от ФПД к твердому газу; 7 - разъемы (вакуумно-плотные на холоде и на тепле); 11 - контейнер с твердым газом (С3Н8); Т = 86 К; 10 -микроохладитель ДРС; 8 - ресивер для отходящего азота; 11 - закачной и рабочий компрессоры; 12 - змеевик для отверждения расплавленного газа от микроохладителя ДРС; 13 - тепловой экран (Т ? 200 К).
Такая система при охлаждении до 86 К многомодульного ФПД имеет ресурс не более 1500 ч, 5 лет = 43800 ч. За это время ДРС должна включиться столько раз, чтобы не набрать моторесурс более 1500 ч. Значит ДРС должна работать не более 1-го ч в сутки. Однако данная конструкция обладает одним существенным недостатком. Фоточувствительные элементы 4 и фильтр 3 постоянно находятся в захоложенном состоянии. На них возможно образование криоосадков в виде сконденсированных водяных паров (лед). Для их устранения необходимо периодическое тепловое отключение ФПД от аккумулятора холода, что в системе с использованием ДРС крайне трудно. Данный недостаток можно исключить при использовании ГКМ.
При реальном теплопритоке 1-2 Вт от ФПД на уровень 86 К потребление ДРС не превысит 1,2 кВт бортовой электроэнергии, что вполне реально. Но нужен либо преобразователь = 27 В от солнечных панелей в 200 В ~ ~400 Гц (самолетная сеть), либо двигатели постоянного тока, что сложнее.
С помощью ДРС можно создать ФПУ на диапазон 3-5 мкм. Для диапазона 8-12 мкм необходимо использование двухступенчатых ГКМ с уровнем охлаждения 15-16 К на второй ступени.
В отличие от ДРС азотного уровня ГКМ, работающие по циклу Стир-линга, имеют при необходимости охлаждения объектов до 15-16 К две ступени, каждая из которых содержит два поршня, два вытеснителя и два регенератора.
ГКМ, потребляющая 0,5-1,2 кВт бортовой электроэнергии, имеет холодопроизводителъность 5-10 Вт на уровне 60-70 К (первая ступень) и 1-2 Вт на уровне 15-16 К (вторая ступень). При этом совершенно не нужна РСО для экранировки второй ступени охлаждения. Эту функцию выполняет тепловой экран, соединенный капилляром с фланцем первой ступени, когда работает ГКМ.
