空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统技术方案

空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统，包括遮光罩(1)、镜头组件、隔热拉杆、焦面制冷机(7)、多层隔热组件(8)、冷屏组件(9)、冷屏制冷机(10)、镜头制冷机(11)、隔热环(12)、焦面探测器(13)、探测器支撑结构(14)、承力筒(15)。通过制冷机分别对镜头组件、包络在镜头组件外侧的冷屏组件制冷，最终将光学镜头冷却至深低温，通过制冷机对焦面探测器组件制冷，将焦面器件冷却至深低温。与现有技术相比，本发明专利技术实现了空间红外遥感器的全光学系统深低温分级制冷与隔热，有效降低系统背景噪声，可以广泛适用于弱目标探测，以及大温度范围成像的需求，具有很好的使用价值。

Deep and Low Temperature Hierarchical Refrigeration and Insulation System for Space Infrared Remote Sensor

The cryogenic graded refrigeration and thermal insulation system of space infrared remote sensor includes shade (1), lens assembly, thermal insulation tie rod, focal plane refrigerator (7), multi-layer thermal insulation assembly (8), cold screen assembly (9), cold screen refrigerator (10), lens refrigerator (11), thermal insulation ring (12), focal plane detector (13), detector support structure (14) and bearing cylinder (15). The lens module and the cold screen module enveloped on the outside of the lens module are cooled by the refrigerator respectively, and the optical lens is finally cooled to deep cryogenic temperature. The focal plane device is cooled to deep cryogenic temperature by the refrigeratory focusing detector module. Compared with the existing technology, the present invention realizes deep cryogenic graded refrigeration and thermal insulation of all optical system of space infrared remote sensor, effectively reduces the background noise of the system, and can be widely applied to weak target detection and large temperature range imaging requirements, and has good application value.

【技术实现步骤摘要】
空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统
本专利技术涉及空间光学遥感器
，特别是空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统。
技术介绍
红外光学系统广泛应用于空间遥感领域。利用红外谱段开展弱目标的探测，是红外技术应用的重要分支，如红外天文观测等。在这类红外弱目标探测中，为了减小光机系统自身热辐射对探测能力的影响，一般需要对光学系统结构进行降温。国内应用较为普遍的空间红外遥感器，由于探测目标信号强，因此只需要对后光学系统和焦面探测器制冷，即可满足要求。为了适应对红外弱目标的探测，需采用全光学系统分级制冷与隔热的方法，将光学镜头和焦面探测器同时冷却至深低温状态，可以有效降低光学系统自身热辐射产生的背景噪声。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统，实现了空间红外遥感器的全光学系统分级制冷与隔热，使光学镜头、焦面探测器达到深低温状态，有效降低了空间红外遥感器的背景噪声，使得弱目标探测成为可能。本专利技术的技术解决方案是：空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统，包括遮光罩、镜头组件、隔热拉杆、焦面制冷机、多层隔热组件、冷屏组件、冷屏制冷机、镜头制冷机、隔热环、焦面探测器、探测器支撑结构、承力筒，其中：遮光罩与镜头组件中的镜筒导热安装，承力筒支撑镜头组件中的镜筒、冷屏组件，冷屏组件位于镜头组件中的镜筒、承力筒间，并与承力筒隔热安装，位于遮光罩、镜头组件中的镜筒外侧且不接触遮光罩、镜头组件中的镜筒，隔热拉杆一端与镜头组件中的镜筒隔热安装，另一端与承力筒隔热安装，焦面制冷机、冷屏制冷机、镜头制冷机均与承力筒隔热安装，并分别对探测器支撑结构、冷屏组件、镜头组件中的镜筒进行制冷，隔热环分别与镜头组件中的镜筒、探测器支撑结构隔热安装，焦面探测器与探测器支撑结构导热安装，多层隔热组件位于镜头组件中的镜筒、冷屏组件、遮光罩、探测器支撑结构外侧，隔绝辐射漏热，冷屏制冷机对冷屏组件制冷，镜头制冷机对镜头组件制冷，焦面制冷机对探测器支撑结构制冷。所述的镜头组件包括第一反射镜、第二反射镜、复合反射镜，第一反射镜、复合反射镜、第二反射镜依次导热安装在镜筒内，并构成同轴光路系统，空间光束经过第一反射镜、第二反射镜、复合反射镜多次反射后，进入焦面探测器，完成红外信号探测。所述的隔热拉杆包括辅助隔热拉杆、主隔热拉杆，辅助隔热拉杆、主隔热拉杆一端均与镜筒隔热安装，另一端均与承力筒隔热安装.所述的多层隔热组件包括镜筒外多层隔热组件、冷屏外多层隔热组件、遮光罩外多层隔热组件、探测器支撑结构外多层隔热组件，镜筒外多层隔热组件、冷屏外多层隔热组件、遮光罩外多层隔热组件、探测器支撑结构外多层隔热组件分别位于镜筒、冷屏组件、遮光罩、探测器支撑结构外侧，隔绝辐射漏热.所述的辅助隔热拉杆、主隔热拉杆为非金属材料，镜筒与探测器支撑结构14之间的连接为非金属隔热环。所述的冷屏组件、遮光罩、镜筒、探测器支撑结构均采用金属材料，内表面进行黑色阳极氧化处理，冷屏组件、遮光罩、镜筒与探测器支撑结构外均包覆隔热组件。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术成功实现了空间红外遥感器的全光学系统分级制冷与隔热，使光学镜头、焦面探测器达到深低温状态，有效降低了空间红外遥感器的背景噪声，使得弱目标探测成为可能；(2)本专利技术中各个温度区域中间采用不同形式的非金属隔热结构，有效降低了高温区域向低温区域的传导漏热，减少了制冷系统总的热负载；(3)本专利技术中遮光罩、冷屏组件、镜筒和探测器支撑结构外均包覆多层隔热组件，有效降低了高温区域向低温区域的辐射漏热，减少了制冷系统总的热负载。附图说明图1为本专利技术空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统的结构示意图；图2a为本专利技术镜头组件在模拟空间环境下的降温情况；图2b为本专利技术遮光罩在模拟空间环境下的降温情况；图2c为本专利技术冷屏组件在模拟空间环境下的降温情况；图2d为本专利技术焦面探测器组件在模拟空间环境下的降温情况。具体实施方式本专利技术针对探测弱目标的空间红外遥感器，提出了一种深低温分级制冷与隔热系统，包括冷却镜头组件、冷屏组件和焦面探测器的空间用机械或脉冲管制冷机，镜筒外侧的冷屏组件，探测器支撑结构，连接镜筒与承力筒之间的非金属拉杆，连接镜筒与探测器支撑结构的非金属隔热环，冷屏组件、遮光罩、镜筒与探测器支撑结构外的多层隔热组件，连接制冷机冷头与被冷却结构的导热索等。下面结合附图对本专利技术进行详细的解释和说明。如图1所示为本专利技术空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统的结构示意图，空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统，包括遮光罩1、镜头组件(包括第一反射镜2-1、第二反射镜2-2、镜筒3、复合反射镜5)、隔热拉杆(包括辅助隔热拉杆4、主隔热拉杆6)、焦面制冷机7、多层隔热组件8、冷屏组件9、冷屏制冷机10、镜头制冷机11、隔热环12、焦面探测器13、探测器支撑结构14、承力筒15；多层隔热组件8包括镜筒外多层隔热组件、冷屏外多层隔热组件、遮光罩外多层隔热组件、探测器支撑结构外多层隔热组件。遮光罩1与镜筒3导热安装，第一反射镜2-1、复合反射镜5、第二反射镜2-2依次导热安装在镜筒3内，并构成同轴光路系统。承力筒15支撑镜筒3、冷屏组件9(冷屏组件9位于镜筒3、承力筒15之间，起到分级隔热的作用)；辅助隔热拉杆4、主隔热拉杆6一端均与镜筒3隔热安装，另一端均与承力筒15隔热安装；冷屏组件9在遮光罩1、镜筒3外侧且不接触遮光罩1、镜筒3，冷屏组件9与承力筒15隔热安装；焦面制冷机7、冷屏制冷机10、镜头制冷机11均隔热安装在承力筒15上，并分别对探测器支撑结构14、冷屏组件9、镜筒3进行制冷；隔热环12分别与镜筒3、探测器支撑结构14隔热安装；焦面探测器13与探测器支撑结构14导热安装；镜筒外多层隔热组件、冷屏外多层隔热组件、遮光罩外多层隔热组件、探测器支撑结构外多层隔热组件分别在镜筒3、冷屏组件9、遮光罩1、探测器支撑结构14外侧，隔绝辐射漏热；空间光束经过第一反射镜2-1、第二反射镜2-2、复合反射镜5多次反射后，进入焦面探测器13，完成红外信号探测。冷屏制冷机10对镜筒3外侧的冷屏组件9制冷，镜头制冷机11对镜头组件制冷，再通过自身热传导以及镜筒内表面与光学镜头之间的辐射换热，间接将光学镜头冷却至深低温，焦面制冷机7对探测器支撑结构14制冷，再通过其自身热传导以及焦面探测器与支撑结构内表面的辐射换热，间接将焦面探测器13冷却至深低温。辅助隔热拉杆4、主隔热拉杆6为非金属材料，镜筒3与探测器支撑结构14之间的连接为非金属隔热环，冷屏组件9、遮光罩1、镜筒3与探测器支撑结构14均采用金属材料，内表面进行黑色阳极氧化处理，冷屏组件9、遮光罩1、镜筒3与探测器支撑结构14外均包覆多层隔热组件。下面结合实施例对本专利技术进行更详细的解释和说明。本专利技术的一个实施方案为应用机械或脉冲管制冷机分别对镜头组件、冷屏组件和焦面探测器进行冷却。冷屏制冷机通过导热索对镜筒外侧的冷屏组件制冷，镜头制冷机通过导热索对镜头组件制冷。镜筒、冷屏组件内表面黑色阳极氧化处理，以保证充分的辐射换热。镜筒与承力筒之间采用非金属主隔热拉杆、非金属辅助隔热拉杆进行连接，以减少承力筒向镜筒的传导漏热。冷屏组件、遮光罩、镜筒外表面包覆20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统，其特征在于包括遮光罩(1)、镜头组件、隔热拉杆、焦面制冷机(7)、多层隔热组件(8)、冷屏组件(9)、冷屏制冷机(10)、镜头制冷机(11)、隔热环(12)、焦面探测器(13)、探测器支撑结构(14)、承力筒(15)；其中：遮光罩(1)与镜头组件中的镜筒导热安装，承力筒(15)支撑镜头组件中的镜筒、冷屏组件(9)，冷屏组件(9)位于镜头组件中的镜筒、承力筒(15)间，并与承力筒(15)隔热安装，位于遮光罩(1)、镜头组件中的镜筒外侧且不接触遮光罩(1)、镜头组件中的镜筒，隔热拉杆一端与镜头组件中的镜筒隔热安装，另一端与承力筒(15)隔热安装，焦面制冷机(7)、冷屏制冷机(10)、镜头制冷机(11)均与承力筒(15)隔热安装，并分别对探测器支撑结构(14)、冷屏组件(9)、镜头组件中的镜筒进行制冷，隔热环(12)分别与镜头组件中的镜筒、探测器支撑结构(14)隔热安装，焦面探测器(13)与探测器支撑结构(14)导热安装，多层隔热组件(8)位于镜头组件中的镜筒、冷屏组件(9)、遮光罩(1)、探测器支撑结构(14)外侧，隔绝辐射漏热，冷屏制冷机(10)对冷屏组件(9)制冷，镜头制冷机(11)对镜头组件制冷，焦面制冷机(7)对探测器支撑结构(14)制冷。...

【技术特征摘要】
1.空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统，其特征在于包括遮光罩(1)、镜头组件、隔热拉杆、焦面制冷机(7)、多层隔热组件(8)、冷屏组件(9)、冷屏制冷机(10)、镜头制冷机(11)、隔热环(12)、焦面探测器(13)、探测器支撑结构(14)、承力筒(15)；其中：遮光罩(1)与镜头组件中的镜筒导热安装，承力筒(15)支撑镜头组件中的镜筒、冷屏组件(9)，冷屏组件(9)位于镜头组件中的镜筒、承力筒(15)间，并与承力筒(15)隔热安装，位于遮光罩(1)、镜头组件中的镜筒外侧且不接触遮光罩(1)、镜头组件中的镜筒，隔热拉杆一端与镜头组件中的镜筒隔热安装，另一端与承力筒(15)隔热安装，焦面制冷机(7)、冷屏制冷机(10)、镜头制冷机(11)均与承力筒(15)隔热安装，并分别对探测器支撑结构(14)、冷屏组件(9)、镜头组件中的镜筒进行制冷，隔热环(12)分别与镜头组件中的镜筒、探测器支撑结构(14)隔热安装，焦面探测器(13)与探测器支撑结构(14)导热安装，多层隔热组件(8)位于镜头组件中的镜筒、冷屏组件(9)、遮光罩(1)、探测器支撑结构(14)外侧，隔绝辐射漏热，冷屏制冷机(10)对冷屏组件(9)制冷，镜头制冷机(11)对镜头组件制冷，焦面制冷机(7)对探测器支撑结构(14)制冷。2.根据权利要求1所述的空间红外遥感器深低温分级制冷与隔热系统，其特征在于：所述的镜头组件包括第一反射镜(2-1)、第二反射镜(2-2)、复合反射镜(5)，第一反射镜(2-1)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐先锋，徐娜娜，刘伏龙，刘志敏，刘冰，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11