一种星敏感器热控系统及控温方法、介质与流程

本发明涉及航天器，尤其涉及一种星敏感器热控系统及控温方法、介质。

背景技术：

1、星敏感器是航天器上姿态与轨道控制的重要测量设备，温度是影响星敏感器定位精度的主要因素。对于高分辨率遥感卫星，星敏感器的测量精度及热稳定性直接决定了地面观测区域的准确性及长时间观测的连续性，因此需要尽可能减小热稳定性误差。对运行于太阳同步轨道的航天器，在轨长期存在地影，光照地影交替，而星敏感器一般安装在舱外，因此热环境非常恶劣。传统的与整星导热耦合安装控温方式的仿真温度较宽，不能满足当前星敏感器高精度控温需求。近年来关于星敏感器高精度控温的热控设计方法开始逐渐增多。

2、专利文献(一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，公开号：cn108910090b)，提出了一种星敏感器高精度热控装置的一体化装置，整个装置包括星敏感器支架、辐射板、辐射板支架、外贴热管、预埋热管、遮阳帘、遮阳帘撑杆和角盒等，结构复杂，总装设计与实现困难，且成本高。

3、专利文献(专利名称：一种星敏感器高稳定性热控装置及方法，公开号：cn115649482a)，提出了一种星敏感器控温装置，整个装置包含多种热控产品和柔性导热材料，柔性导热材料本身实施困难，且该发明只考虑了控温点温度，未考虑柔性散热材料温度梯度对星敏感器电箱热变形的影响。

4、专利文献(专利名称：星载星敏感器控温装置及卫星，公开号：cn116714785a)，提出了一种多星敏感器集中安装式的控温装置，该装置适用于多个星敏集中安装的情形，对结构设计要求较高，且辐射换热在星敏感器散热过程中占比较大，仅适用于小功耗星敏感器热控。

5、专利文献(专利名称：星上加热器精密温控方法，公开号：cn107807696b)提出一种星上星敏感器精密控温方法，该专利仅涉及测、控温，在隔热导热设计方面未阐述，且仅能满足20±3℃的控温要求。

6、上述专利文献有对星敏感器电路盒或法兰进行控温，但是没有考虑整个星敏感器传热路径在大热流波动下的热变形对星敏感器光轴的影响。因此，需提出一种结构实现上简单、热控制方式易实现、热变形小的星敏感器热控系统和控温方法。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种星敏感器热控系统与控温方法、介质，以满足星敏感器在轨高精度与小热变形需求。

2、本发明的目的是：提出一种星敏感器热控系统与控温方法、介质，以满足星敏感器在轨高精度与小热变形需求。

3、本发明提供了一种星敏感器热控系统，包括星敏感器、星敏集热板、星敏热管、星敏散热板和星敏支架，其中，所述星敏感器与所述星敏集热板之间导热安装，所述星敏集热板与所述星敏热管之间导热安装，所述星敏热管与所述星敏散热板之间导热安装，所述星敏集热板与所述星敏支架之间隔热安装，所述星敏集热板与所述星敏支架之间隔热安装。

4、作为本发明的进一步改进，所述星敏集热板与所述星敏支架之间通过星敏隔热垫进行隔热安装，所述星敏散热板与所述星敏支架之间通过散热板隔热垫进行隔热安装。

5、作为本发明的进一步改进，所述星敏感器包括星敏线路盒和星敏遮光罩，所述星敏线路盒的无接插件的两个对立侧面上粘贴有星敏感器电加热片。

6、作为本发明的进一步改进，所述星敏线路盒的底面与所述星敏集热板之间通过涂硅橡胶进行导热安装，所述星敏遮光罩安装在所述星敏线路盒的顶面。

7、作为本发明的进一步改进，所述星敏遮光罩的受晒侧的外表面安装有星敏遮光罩电加热片和星敏遮光罩热敏电阻，用于遮光罩热控制，减少外热流波动对遮光罩温度波动的影响。

8、作为本发明的进一步改进，所述星敏线路盒上采用一体化结构安装有星敏法兰，所述星敏法兰上安装有星敏感器热敏电阻。

9、作为本发明的进一步改进，所述星敏线路盒除星敏遮光罩开口处之外的其他区域包覆有多层隔热组件，所述星敏集热板、隔热垫、星敏散热板的非喷漆区域以及星敏热管均包覆有多层隔热组件。

10、作为本发明的进一步改进，所述星敏散热板的背面粘贴有星敏散热板电加热片和星敏散热板热敏电阻对星敏散热板进行控温，减少星敏散热板温度波动对星敏集热板热变形的影响。

11、本发明还提供了一种星敏感器热控系统的控温方法，基于所述的星敏感器热控系统进行以下控温：

12、星敏感器能量平衡公式：

13、q+qheater+qxm,out＝as(qs-qs,out)+qxm,s

14、其中：

15、q为星敏感器热耗；

16、qheater为星敏感器电加热片输出功率；

17、qxm,out为星敏感器吸收外热流；

18、as为星敏散热板面积；

19、qs为星敏散热板往外辐射的热流密度

20、qs,out为星敏散热板吸收的空间热流密度；

21、qxm,s为星敏感器散热量；

22、星敏感器电加热片输出功率qheater控制原理为：回路占空比采用积分分离式pi控制，加热功率按脉宽调制方式进行输出，最终将星敏感器温度控制在要求的温度范围内，同时将遮光罩、星敏散热板温度波动控制在目标温度范围内。

23、作为本发明的进一步改进，积分分离式pi控温原理为：

24、温度偏差：e(k)＝ts-t(k)

25、输出功率：

26、输出占空比：

27、积分分离开关：ε为门限值

28、式中：ts为温度设定值，℃；

29、t(k)为控温点当前温度，℃；

30、k为采样序号，1，2，…；

31、t为控温周期，s；

32、kp为比例系数，w/℃；

33、ki为积分系数，w/s/℃；

34、qh为加热回路设计功率，w；

35、ε为控温门限值，℃；

36、上述参数均可通过地面注入数据改变。

37、采用上述的积分分离式pi控温原理分别对星敏感器电加热片、星敏遮光罩电加热片和星敏散热板电加热片的加热功率进行控制，利用积分分离式pi控制，加热功率输出形式按pwm输出，来实现对星敏感器进行高精度控温。

38、本发明还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现所述的方法。

39、本发明的有益效果是：本发明设计一套星敏感器热控系统与控温方法、介质，通过独立散热设计，利用积分分离式pi控制，加热功率输出形式按pwm输出，来实现对星敏感器进行高精度控温；本系统原理简单、易实施，适用于不同热耗的星敏感器；设计上从整个星敏感器传热路径上保证了星敏感器的高精度控温与小变形要求，最终实现星敏感器在轨高精度测量要求。

技术特征：

1.一种星敏感器热控系统，其特征在于：包括星敏感器、星敏集热板、星敏热管、星敏散热板和星敏支架，其中，所述星敏感器与所述星敏集热板之间导热安装，所述星敏集热板与所述星敏热管之间导热安装，所述星敏热管与所述星敏散热板之间导热安装，所述星敏集热板与所述星敏支架之间隔热安装，所述星敏集热板与所述星敏支架之间隔热安装。

2.根据权利要求1所述的星敏感器热控系统，其特征在于：所述星敏集热板与所述星敏支架之间通过星敏隔热垫进行隔热安装，所述星敏散热板与所述星敏支架之间通过散热板隔热垫进行隔热安装。

3.根据权利要求1所述的星敏感器热控系统，其特征在于：所述星敏感器包括星敏线路盒和星敏遮光罩，所述星敏线路盒的无接插件的两个对立侧面上粘贴有星敏感器电加热片，所述星敏线路盒上采用一体化结构安装有星敏法兰，所述星敏法兰上安装有星敏感器热敏电阻。

4.根据权利要求3所述的星敏感器热控系统，其特征在于：所述星敏线路盒的底面与所述星敏集热板之间通过涂硅橡胶进行导热安装，所述星敏遮光罩安装在所述星敏线路盒的顶面。

5.根据权利要求4所述的星敏感器热控系统，其特征在于：所述星敏遮光罩的受晒侧的外表面安装有星敏遮光罩电加热片和星敏遮光罩热敏电阻，用于遮光罩热控制，减少外热流波动对遮光罩温度波动的影响。

6.根据权利要求4所述的星敏感器热控系统，其特征在于：所述星敏线路盒除星敏遮光罩开口处之外的其他区域包覆有多层隔热组件，所述星敏集热板、隔热垫、星敏散热板的非喷漆区域、星敏热管均包覆有多层隔热组件。

7.根据权利要求1所述的星敏感器热控系统，其特征在于：所述星敏散热板的背面粘贴有星敏散热板电加热片和星敏散热板热敏电阻对星敏散热板进行控温，减少星敏散热板温度波动对星敏集热板热变形的影响。

8.一种星敏感器热控系统的控温方法，其特征在于：基于权利要求1至7中任一项所述的星敏感器热控系统进行以下控温：

9.根据权利要求8所述的星敏感器热控系统的控温方法，其特征在于：

10.一种可读存储介质，其特征在于：所述可读存储介质中存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求8至9中任一项所述的方法。

技术总结本发明提供了一种星敏感器热控系统与控温方法、介质，包括星敏感器、星敏集热板、星敏热管、星敏散热板和星敏支架，其中，所述星敏感器与所述星敏集热板之间导热安装，所述星敏集热板与所述星敏热管之间导热安装，所述星敏热管与所述星敏散热板之间导热安装，所述星敏集热板与所述星敏支架之间隔热安装。本发明的有益效果是：本系统原理简单、易实施，适用于不同热耗的星敏感器；设计上从整个星敏感器传热路径上保证了星敏感器的高精度控温与小变形要求，最终实现星敏感器在轨高精度测量要求。技术研发人员：王翠林,孙日思,尹茂贤,杨子鹏,龚金来受保护的技术使用者：深圳航天东方红卫星有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1