[发明专利]空间不同轨道高度光热耦合环境地面模拟装置及方法

摘要

本发明涉及一种空间不同轨道高度光热耦合环境地面模拟装置，包括太阳模拟器、背景辐射模拟器、真空室和活动热沉；太阳模拟器包括多路氙灯投影光学系统，设于真空室的顶部，真空室顶部设有多个窗口镜，各路系统光束透过窗口镜照射于真空室内；活动热沉可移动的设于真空室内，能够遮挡各个窗口镜，并能够通入液氮制冷降温，实现阳光与阴影的快速切换；背景辐射模拟器设于真空室内部，位于航天器模型下方；背景辐射模拟器包括多个弧形的辐射块以及电源和液氮源，所有辐射块先组成不同半径的圆环形区域，所有不同半径的圆环形区域同心排布构成背景辐射模拟器的整个辐射面。该装置能够实现不同轨道高度下、不同辐照状态的光热耦合环境模拟。

主权项

1.一种空间不同轨道高度光热耦合环境地面模拟装置，其特征在于，包括：太阳模拟器、背景辐射模拟器、真空室和活动热沉；所述太阳模拟器包括多路氙灯投影光学系统；每路所述氙灯投影光学系统均包括一个用于产生系统光束的氙灯组和一个对该路系统光束进行均匀化的光学积分器；所述太阳模拟器设于所述真空室的顶部，所述真空室顶部设有多个窗口镜，每路所述氙灯投影光学系统中的所述光学积分器均对应一个所述窗口镜，各路系统光束均透过对应的所述窗口镜照射于所述真空室内模拟的航天器模型；所述活动热沉可移动的设于所述真空室内，位于所述窗口镜下方，能够遮挡各个所述窗口镜，并能够通入液氮制冷降温，实现阳光与阴影的快速切换；所述背景辐射模拟器设于所述真空室内部，位于航天器模型下方；所述背景辐射模拟器包括多个弧形的辐射块以及电源和液氮源，所有辐射块先组成不同半径的圆环形区域，所有不同半径的圆环形区域同心排布构成背景辐射模拟器的整个辐射面；所述背景辐射模拟器用于根据模拟的航天器轨道高度，以及航天器模型与辐射面的距离，确定辐射面的有效辐射半径，并根据有效辐射半径，控制半径不大于所述有效辐射半径的辐射块升温至第一目标范围值，且控制背景辐射模拟器中半径大于所述有效辐射半径的辐射块降温至第二目标范围值；所述背景辐射模拟器中，每个辐射块包括依次叠加的辐射板、加热膜、衬板和热沉；所述辐射块还包括温度传感器、温控模块、供电控制器和液氮控制器；所述辐射板用于模拟辐射热流，所有辐射块的辐射板构成背景辐射模拟器的辐射面；所述加热膜用于加热辐射板；所述衬板用于连接辐射板、加热膜和热沉；所述热沉用于给辐射板、加热膜和衬板降温；所述温度传感器用于实时测量辐射板的温度信号；所述温控模块采集温度传感器测量的温度信号，与当前辐射块的温度控制目标范围值进行对比，通过温度判断，获得供电控制指令和液氮控制指令；所述供电控制器根据温控模块的供电控制指令，完成电源供电电压控制，将电源供电输出给加热膜，控制加热膜对辐射板进行加热；所述液氮控制器根据温控模块的液氮控制指令，完成液氮供给量控制，将液氮源的液氮输出给热沉，控制热沉对辐射板进行降温；所述温控模块进行温度判断的具体步骤为：步骤一、温控模块实时采集温度传感器测量的温度信号T，与温度控制目标范围内的值T₀进行对比；步骤二、判断T‑T₀<T_min是否成立；若成立，向液氮控制器发出液氮不供给指令，向供电控制器发出电源供电电压值为U1的指令，进入步骤七；若不成立，进入步骤三；步骤三、判断T‑T₀<T_L是否成立；若成立，向液氮控制器发出液氮不供给指令，向供电控制器发出电源供电电压值为U2的指令，进入步骤七；若不成立，进入步骤四；步骤四、判断T_H<T‑T₀<T_max是否成立；若成立，向供电控制器发出电源不输出指令，向液氮控制器发出液氮供给量为最大供给量的Y％的指令，进入步骤七；若不成立，进入步骤五；步骤五、判断T‑T₀>T_max是否成立；若成立，向供电控制器发出电源不输出指令，向液氮控制器发出液氮供给量为最大供给量的(Y+5)％的指令，进入步骤七；若不成立，进入步骤六；步骤六、判断T‑T₀>T_N是否成立；若成立，向供电控制器发出电源不输出指令，向液氮控制器发出液氮不供给指令，自然降温，进入步骤七；若不成立，进入步骤七；步骤七、温度判断结束。