[發明專利]一種低溫深冷熱管的布局結構

有效

• 申請號: 201910142316.7
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109703794B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 王娟;陳勇;王于仨;周宇鵬;趙欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: B64G1/66
• 分類號: B64G1/66
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11004
• 代理人: 劉湘舟;宋元松

本發明公開了一種低溫深冷熱管的布局結構，包括：安裝板，其上開設有用于容納準直器和探測器的開槽，開槽由一條或多條縱向分隔棱以及一條或多條橫向分隔棱分隔開；U型熱管，其包括U型熱管底部以及向上延伸的兩個端部，U型熱管的U型熱管底部鋪設在分隔棱上，U型熱管向上延伸的兩個端部上設置有用于緊固U型熱管的第一緊固邊；L型熱管，其包括L型熱管底部以及向上延伸的一個端部，L型熱管底部鋪設在分隔棱上，L型熱管向上延伸的一個端部上設置有用于緊固L型熱管的第二緊固邊；直外貼熱管，直外貼熱管固定在與U型熱管和L型熱管不同的安裝板表面上；以及遮光罩，遮光罩固定連接在安裝板上。本發明的制定了有效載荷熱控總體設計思路。

技術領域

本發明是關于低能探測器熱控技術領域，特別是關于一種低溫深冷熱管的布局結構。

背景技術

LE（low-energy）熱控對于低能X射線望遠鏡是一項非常重要的關鍵技術，其意義在于熱控保證LE探測器SCD正常工作所需要的低溫，保證SCD入軌后加熱避免污染問題，還保證LE探測器機箱電子學較高的啟動溫度。SCD探測器在低溫-80℃~-45℃范圍內性能良好而且穩定，當溫度超過-45℃，暗電流會明顯增加，探測器能量分辨變差。SCD封裝不是完全封閉，而SCD對污染物比較敏感，需要通過熱控保證SCD在衛星入軌后首先加熱，避免因為低溫而吸附污染物。LE探測器下機箱由于采取了輻射散熱處理，在衛星入軌后其溫度會低于電子學的最低啟動溫度（-40℃），需要通過熱控保證電子學啟動溫度大于-40℃。

熱控技術難點在于：1、軌道外熱流環境惡劣：首先，LE探測器布局在星外，其低溫要求-80℃~-45℃對外熱流變化十分敏感，而HXMT衛星選取的軌道高度僅550km，載荷在觀測器件所受到的地球紅外以及反照外熱流情況惡劣，特別是地球紅外熱流。目前，國外同類X射線天文衛星大多7000km以上的高軌道來避免地球紅外以及反照外熱流的影響，或者采用對探測器局部熱電制冷的主動制冷實現探測器的低溫要求。在HXMT衛星目前僅能采用被動輻射散熱熱控措施的情況下，對LE低溫要求的熱控設計非常困難。

2、多載荷一體安裝布局：對于HXMT衛星有效載荷，其為了保證探測器精度要求將不同溫度要求的HE、ME和LE探測器均集中安裝在同一個主支撐結構上，最大溫度指標要求差異達到70℃。多載荷一體安裝布局使得不同溫度要求的載荷間熱耦合很強，而在滿足結構強度和剛度的前提下，能實現的隔熱措施有限，這對HE、ME和LE三類探測器同時滿足溫度要求提出了更大的難度。

3、軌道外熱流變化極其復雜：HXMT衛星主要有兩種工作模式，即巡天觀測模式和定點觀測模式，這兩種模式在衛星整個壽命期間所占的比例約各為50%。衛星在該兩種工作模式下姿態變化多樣，載荷受到的外熱流變化相當復雜，特別是對于定點觀測模式，其依據觀測器目標的觀測時間可長達幾天，存在LE所受地球紅外以及反照外熱流很惡劣的情況。同時，HXMT衛星采用了國內衛星少用的傾斜軌道，β角在軌變化范圍在120°以上，更增加了LE所受到地球紅外以及反照外熱流的復雜情況。這些都對熱控設計提出了更高的要求。

4、有效載荷溫度穩定性要求：LE探測器是在星外處于一種近似外露的狀態，在HXMT衛星的復雜外熱流狀態下，如果不采取有效的熱控措施，必然會導致LE探測器的溫度波動超過所要求的溫度范圍。

5、探測器和電子學加熱要求：LE探測器在衛星入軌后需要通過加熱保證其溫度高于周圍其它部件溫度，在其它部件污染物揮發時不會吸附于LE探測器上。由于LE探測器本身進行了良好的導熱和散熱熱控措施，其溫度正常工作時低于周圍其它部件的溫度。如果需要加熱LE探測器使其溫度偏高則需要較高的功耗，同時需要加熱帶盡量靠近探測器。LE探測器下機箱外壁目前有輻射散熱涂層，起到輔助散熱功能，減輕對探測器上機箱漏熱。但是LE探測器下機箱電子學需要在-40℃以上才能正常開機工作，所以需要預先加熱。這些都為LE熱控帶來很大的困難，需要多方面協調才能滿足要求。

6、低溫熱管：目前的方案里主要的導熱依靠熱管，但是目前低溫熱管（低于-60℃）沒有上天經驗，沒有可靠的成熟產品，需要通過攻關解決低溫熱管的導熱能力和可靠性問題。