用于卫星上的空间光电成像元件的热管理装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及卫星光电测量与感知技术领域，尤其涉及一种用于卫星上的空间光电成像元件的热管理装置及方法，热管理装置包括支架、金属壳、电路板、二级TEC制冷组件、热沉、微型热管和传热固定底板，通过二级TEC制冷组件制冷，并与热沉、微型热管以及卫星舱体恒温板的串联设计，热沉、微型热与传热固定底板形成一整体热传导链，卫星舱体恒温板内部预埋有大型热管，通过热管内部工质循环将传热固定底板的热导出，完成光电成像元件的全流程热管理。实现大面阵单光子成像元件的热管理和轻小型化设计，通过传热固定底板的设置使热管理装置具备抗空间力学环境能力，适用于航天工程应用。热管理方法整体热管理过程简单、方便操作、热管理效果可靠。效果可靠。效果可靠。

【技术实现步骤摘要】
用于卫星上的空间光电成像元件的热管理装置及方法


[0001]本专利技术涉及卫星光电测量与感知
，尤其涉及一种用于卫星上的空间光电成像元件的热管理装置及方法。

技术介绍

[0002]随着光电技术快速发展，大面阵光电成像元件在航天光电测量领域中得到了快速应用。例如大面阵单光子成像元件(128*128或者256*256，甚至更大面阵阵列的成像元件)在空间深冷环境工作过程中光敏面工作温度应在
‑
40℃，但工作界面的温度通常为常温20℃，如何对其进行有效热管理，并正常工作是一项具有极大挑战的设计。
[0003]目前常采用TEC或者杜瓦瓶的方式对成像元件进行制冷，以达到光敏面的最佳工作温度，但TEC制冷能力有限，效率相对较低，在制冷过程中产生额外热耗，并对制冷功耗需求很大；杜瓦瓶制冷方式能够达到较低的温度，但重量在公斤级，并且体积均很大，不适用有轻小型化的航天工程任务。此外，由于空间光电成像元件安装在卫星等空间设备，因此，空间光电成像元件的热管理装置在空间环境中使用时还需要考虑空间环境(振动、冲击等)对热管理装置的影响，目前市面上的散热设备不适用空间光电成像元件的热管理。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于卫星上的空间光电成像元件的热管理装置及方法，解决现有空间光电成像元件的制冷结构重量和体积较大的问题。
[0005]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种用于卫星上的空间光电成像元件的热管理装置，包括：
[0006]支架，为板状，具有第一贯穿孔；
[0007]金属壳，其中一侧壁上设有蓝宝石窗口，与蓝宝石窗口间隔相对的另一侧壁上设有第二贯穿孔；以及
[0008]电路板，具有第三贯穿孔；
[0009]金属壳和电路板分别固定在支架的两侧，第一贯穿孔、第二贯穿孔和第三贯穿孔相对应连通，形成嵌设通道；
[0010]还包括：
[0011]二级TEC制冷组件，嵌设于嵌设通道内，光电成像元件位于金属壳内与二级TEC制冷组件的冷端连接，二级TEC制冷组件的温控板与电路板信号连接；
[0012]热沉，嵌设于嵌设通道内，其一端与二级TEC制冷组件的热端连接；
[0013]微型热管，其中一端的一段管体与热沉贴合连接；
[0014]传热固定底板，固定于卫星舱体恒温板上，且传热固定底板和卫星舱体恒温板的传热面相贴合，微型热管的另一端的一段管体与传热固定底板贴合连接，支架垂直于传热固定底板；以及
[0015]温度传感器，设置在金属壳内且与电路板信号连接，用于检测光电成像元件的温
度。
[0016]可选地，热管理装置还包括压板，压板与电路板或者支架固定，压紧微型热管。
[0017]可选地，压板还具有卡口，卡口卡紧微型热管。
[0018]可选地，温控板通过固定框固定在传热固定底板上，且固定框跨设在微型热管上方。
[0019]可选地，金属壳上设有抽气口，用于抽真空，真空度不大于1.3
×
10
‑3Pa。
[0020]可选地，热沉与二级TEC制冷组件的热端相连接的一侧均匀涂抹0.01mm导热硅脂；
[0021]热沉与微型热管相连接的一侧均匀涂抹0.01mm导热硅脂；
[0022]微型热管与传热固定底板相连接的一侧均匀涂抹0.01mm导热硅脂。
[0023]可选地，电路板和金属壳与支架通过螺钉连接；
[0024]传热固定底板与卫星舱体恒温板通过多个螺钉固定连接。
[0025]可选地，金属壳的材料为可伐合金；
[0026]热沉的材料为钨铜；
[0027]传热固定底板采用高体积分数SiC/Al复合材料。
[0028]可选地，微型热管的数量为两根。
[0029]第二方面，本专利技术还提供了一种用于卫星上的空间光电成像元件的热管理方法，采用第一方面中任一项的热管理装置进行热管理，步骤如下：
[0030]S1.启动卫星舱体恒温板的热管工质；
[0031]S2.启动空间光电成像元件的工作成像待机模式；
[0032]S3.启动二级TEC制冷组件，并将光电成像元件制冷至
‑
40℃；
[0033]S4.采用温度传感器进行温度检测，判断光电成像元件是否达到
‑
40℃；
[0034]S5.光电成像元件的温度达到
‑
40℃时，光电成像元件进入成像模式，否则重复步骤S3～S5。
[0035]本专利技术的上述技术方案具有如下优点：
[0036]本专利技术提供的用于卫星上的空间光电成像元件的热管理装置，包括支架、金属壳、电路板、二级TEC制冷组件、热沉、微型热管和传热固定底板，金属壳和电路板分别固定在支架的两侧，三者之间具有嵌设通道，二级TEC制冷组件4嵌设于嵌设通道内，光电成像元件位于金属壳内与二级TEC制冷组件的冷端连接，二级TEC制冷组件的温控板与电路板信号连接，热沉嵌设于嵌设通道内，其一端与二级TEC制冷组件的热端连接，微型热管的其中一端的一段管体与热沉贴合连接。传热固定底板固定于卫星舱体恒温板上，微型热管的另一端的一段管体与传热固定底板贴合连接，支架垂直于传热固定底板，温度传感器设置在金属壳内且与电路板信号连接。该热管理装置通过二级TEC制冷组件制冷，并与热沉、微型热管以及卫星舱体恒温板的串联设计，热沉、微型热与传热固定底板形成一个整体的热传导链，卫星舱体恒温板内部预埋有大型热管，通过热管内部的工质循环将传热固定底板的热导出，完成光电成像元件的全流程热管理。实现大面阵单光子成像元件的热管理和轻小型化设计，通过传热固定底板的设置使热管理装置具备抗空间力学环境能力，适用于航天工程应用。
[0037]本专利技术提供的用于卫星上的空间光电成像元件的热管理方法，采用上述热管理装置进行热管理，整体热管理过程简单、方便操作、热管理效果可靠。
附图说明
[0038]本专利技术附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。
[0039]图1是本专利技术实施例一中一种用于卫星上的空间光电成像元件的热管理装置的结构示意图；
[0040]图2是图1中热管理装置另一角度的结构示意图；
[0041]图3是图1中热管理装置又一角度的结构示意图；
[0042]图4是本专利技术实施例一中一种压板的结构示意图；
[0043]图5是本专利技术实施例一中一种支架的结构示意图；
[0044]图6是本专利技术实施例一中一种热管理装置的部分部件的位置示意图；
[0045]图7是本专利技术实施例二中一种用于卫星上的空间光电成像元件的热管理装置的结构示意图。
[0046]图中：
[0047]100：光电成像元件；
[0048]1：支架；
[0049]11：第一贯穿孔；
[0050]2：金属壳；
[0051]21：蓝宝石窗口；
[0052]3：电路板；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于卫星上的空间光电成像元件的热管理装置，其特征在于，包括：支架，为板状，具有第一贯穿孔；金属壳，其中一侧壁上设有蓝宝石窗口，与所述蓝宝石窗口间隔相对的另一侧壁上设有第二贯穿孔；以及电路板，具有第三贯穿孔；所述金属壳和所述电路板分别固定在所述支架的两侧，所述第一贯穿孔、所述第二贯穿孔和所述第三贯穿孔相对应连通，形成嵌设通道；还包括：二级TEC制冷组件，嵌设于所述嵌设通道内，光电成像元件位于所述金属壳内与所述二级TEC制冷组件的冷端连接，所述二级TEC制冷组件的温控板与所述电路板信号连接；热沉，嵌设于所述嵌设通道内，其一端与所述二级TEC制冷组件的热端连接；微型热管，其中一端的一段管体与所述热沉贴合连接；传热固定底板，固定于卫星舱体恒温板上，且所述传热固定底板和所述卫星舱体恒温板的传热面相贴合，所述微型热管的另一端的一段管体与所述传热固定底板贴合连接，所述支架垂直于所述传热固定底板；以及温度传感器，设置在所述金属壳内且与所述电路板信号连接，用于检测光电成像元件的温度。2.根据权利要求1所述的热管理装置，其特征在于：还包括压板，所述压板与所述电路板或者支架固定，压紧所述微型热管。3.根据权利要求2所述的热管理装置，其特征在于：所述压板还具有卡口，所述卡口卡紧所述微型热管。4.根据权利要求1所述的热管理装置，其特征在于：所述温控板通过固定框固定在所述传热固定底板上，且所述固定框跨设在所述微型热管上方。5.根据权利要求1所述的热管理装置，其特征在于：所述金属壳上设有抽气口，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林，王立，袁利，朱飞虎，付伟纯，郭绍刚，柯尊贵，张运方，郑然，史广青，张恒康，赵琴，尹路，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：