Формозов Б.Н. Аэрокосмические фотоприёмные устройства в видимом и инфракрасном диапазонах. Ч.2 (2002) (1095906), страница 4
Текст из файла (страница 4)
12.2, а) предназначена для высокоэллиптическихорбит (апогей = 46000 км), когда КА периодически уходит из зоны радиовидимости с территории РФ. На это время циркуляция отключается,и ПИ, и охлаждаемый фильтр очищаются от криоосадков.В качестве КСО используется запас твердого метана СН 4 (Т == 67 К), экранированного контейнером с запасом твердого аммиака N3(Т = 163 К). Теплообменные криоагенты: жидкий азот (Тн.к = 77,4 К);жидкий хладон-13 (Тн.к = 192 К).8412543а)2u′163 К, САХ667 К,САХ80 К7121 2б)7180 К313 К45382u′180 К1267 К,САХ80 К313 К12в)9313 К7190 К3880 К2u′49120 К86 К(4)512313 К190 К(3)(2)(1)10180 К11Рис.
12.2В варианте (рис. 12.2, б) контейнер с твердым аммиаком заменен наоднокаскадный радиатор, снабженный аккумулятором холода на веществе, плавящемся при Тпл = 180 К.Вариант (рис. 12.2, в) предназначен для работы в круглосуточномрежиме на геостационарной орбите (38600 км) в течение 3–5 лет. В нем85использован трехкаскадный радиатор, обеспечивающий охлаждение до86 К, снабженный аккумулятором холода на плавящемся твердом пропане C3H8, но это только для PbS на λ ≈ 3 мкм.12.1.
Космическая аппаратура для обнаружения стартов МБРв ближнем и среднем ИК-диапазонах на базе ФПУс линейными приемникамиВ середине 60-х годов прошлого столетия США в Исследовательском космическом центре в Санта-Барбаре начали работы по созданиюспутниковых систем для обнаружения стартов межконтинентальныхбаллистических ракет по излучению их факелов. Было ясно с самогоначала, что в видимом диапазоне в полосе прозрачности атмосферыобнаружить факел (50–100 м) можно только с небольшого расстояния.КА же должны находиться на геостационарной орбите (38600 км) и вращаться в ту же сторону, в которую вокруг своей оси вращается Земля, сравными скоростями. Это возможно только в плоскости эклиптики, поэтому интерес представляют в основном запуски спутников с ракетодромов, расположенных как можно ближе к экватору.Программа получила название DSP (Defence Support Programm), аспутники стали называться спутниками DSP.Было известно, что хвост выхлопных газов стартующей МБР, состоящий в основном из горячих молекул углекислоты и ионизованных молекулвоздуха, имеет длину до нескольких километров.
Его можно обнаружить вполосе излучения СО2 на длинах волн в диапазоне от 2,6 до 2,9 мкм. Но вэтом диапазоне лежит как раз полоса полной непрозрачности (поглощенияатмосферой (рис. 1.4)). Несмотря на это, космическая аппаратура IMEWS(Integrated Missiles Early Warning System) на спутниках DSP строиласьименно в расчете на центральную длину волны λ = 2,7 мкм. Этому благоприятствовала фоновая обстановка дневной Земли (рис. 2.2), где минимум фона приходится именно на область вблизи 3 мкм. В результатедлительных исследований было установлено, что минимальный уровеньфона дневной Земли лежит в ∆λ = 2,7 – 2,9 мкм.Разработчикам пришлось решить несколько сложнейших технологических проблем.1.
Создать легкий бортовой космический телескоп Шмидта с угломполя зрения до 16–17° на диффракционном пределе, чтобы наблюдатьс одного КА почти целое полушарие Земли.862. Создать фоторезистивную линейку с числом элементов 2000, чтобы иметь по Земле разрешение ≤ (3–4) км. Эта линейка при чувствительности до 3,0 мкм на каждом элементе круглой формы имела многослойный интерференционный фильтр с полосой пропускания ∆λ ≈ 2,7 – 2,9 мкмв соответствии с моделью фона.3. Расположить элементы линейки на выпуклой поверхности (радиускривизны у телескопа Шмидта примерно равен фокусному расстоянию),т. е. понадобилась ручная сборка 30-микронных элементов из PbS.4.
Соединить с хорошим тепловым контактом ФПД из 2000 PbS-элементов с радиатором с холодопроизводительностыо 15–20 Вт на уровне криостатирования линейки T ≈ 170 К –100 " C .Датчик имел трехметровую бленду для защиты от бликов и был наклонен на 4° относительно продольной оси КА.Ось бленды и ОС была направлена в надир. Стабилизация КА наорбите осуществлялась вращением вокруг продольной оси со скоростью 6 об./мин. Таким образом осуществлялось сканирование поверхности Земли. Для наблюдения за всей земной поверхностью запускалисьчетыре спутника DSP системы IMEWS в плоскости эклиптики.Пороговая энергетическая освещенность от факела МБР типа "Titan",()"Minitman" составляла на λ = ( 2,7 мкм ± λ ) 5 ⋅10 –13 Вт/элемент при внешней фоновой облученности Eф ≈ 1⋅10–6 Вт/см2. Этого было достаточнодля надежного обнаружения первых ступеней (до 20 засечек) всех МБРи определения их азимута и начальной плоскости стрельбы с отношением сигнал/шум ψ ≥ 6.
Но этой чувствительности не хватает для обнаружения двух ступеней, т. е. для точной экстраполяции точки паденияотделяющихся боеголовок.С начала 80-х годов число элементов линейки датчика обнаружения системы IMEWS было увеличено до 6000 (разрешение по Земле – 1 км), а рядом была размещена вторая линейка из соединенияHg–Cd–Te, чувствительная на длине волны λ = 4, 2 ± ∆λ мкм при температуре от такого же, но увеличенного, радиатора при –100–120 °С.С геостационарной орбиты очень трудно наблюдать за полярнымишапками Земли (подводный старт из-под льдов Арктики).
Для этой целисуществует высокоэллиптическая орбита (46000 км), наклоненная к плоскости эклиптики на 54–56°.В РФ вместо IMEWS бытует термин СПРН – система предупреждения о ракетном нападении.8712.2. Модульные фотоприемные датчики. Проблема созданиямногоматричных мозаичных фокальных решетокПроблема криостарирования некомпактных ИК-ФПД и необходимость борьбы с криоосадками привели к необходимости создания систем циркуляционного охлаждения ФПД и фильтров с возможностью теплового отключения ФПД от КСО.Рассмотрим для примера комплекс, аналогичный приведенному нарис.12.2, а.
Схема циркуляционной системы показана на рис. 12.3,89101КосмосХладон-13NH 223CH44N2675Рис. 12.3где 1 – входное оптическое окно (кварц КИ ∅ 80 мм, ≠ 4 мм); 2 – германиевый интерференционный охлаждаемый фильтр, (∅ 60 мм, ≠ 3 мм,∆λ = 2,7 − 2,9 мкм); 3 – ФПД модульного типа с встроенным теплообменником; 4 – контур циркуляции N2 ; 5 – контур циркуляции хладона-13;6 – контейнер с СН4 (Т = 67 К); 7 – насос для перекачки N2, 8 – контейнерс NH4 и экраном (Т = 163 К); 9 – насос для перекачки хладона-13; 10 –вакуумный вентиль с пиропатроном для открытия на космос.Комбинация рабочих и теплообменных криоагентов следующая:TCH 4 = 67 К ( 2 Торр ) ; TNH3 = 163 К (2 Торр); TФПД ≈ 80 К.Теплофизические параметры криоагентов:Tн.кN2 = 77, 4 К; TплN2 = 63,15 К;Tн.кχ−13 = 192 К; Tплχ−13 = 93 К.Только при таких комбинациях обеспечивается работоспособностьвсей циркуляционной системы без замерзания и интенсивного кипения88криоагентов.
При отключении циркуляции ФПД и фильтр отогреваются,и с них сгоняются испарением в космический вакуум все криоосадки.Но при каждом включении циркуляции происходит выход на криогенныйрежим всех охлаждаемых масс. Кроме того, постоянно действуют конструктивные теплопритоки.Нам удалось свести приведенные к меди охлаждаемые массы на180 К80 К1уровне 80 К к величинам M Си= 30 г; M Си= 200 г.80К180Теплопритоки составили: Q = 0,42 Вт; Q К = 0,75 Вт.Криоресурс такой системы определяетсяGr = qСАХ τ +ττM х.п + M ФПД ) C pСи ∆T + ( q х.п + qФПД ) 2 τ,(τ1τ1откудаτ=Qrτ 1qСАХ + ( M х.п + M ФПД ) C pСи ∆T + qх.п + qФПД 2 τ1τ1 ,(12.1)где Q = 50 кг CH4 ; 25 кг NH3; rCH4 = 610 Дж / г; rNH3 = 1700 Дж / г;180 К80 КqСАХ= 0,8 Вт; q1САХ = 0,9 Вт; τ1 = 24 ч; τ = 17 ч.Ресурс в режиме 7/24 составил 8 мес.
(7 ч – работа, 17 ч – отогрев); врежиме 24/24 – 6 мес.; NEP2,7 = 3⋅10–14 Вт⋅Гц–1/2; при Eф = 1⋅10–6 Вт/см2.Такие низкие значения теплопритоков и охлаждаемых масс обеспечены за счет применения всех опорных эле1ментов из тонкостенных трубок из стеклотекстолита СТЭФ и эпоксокремний органичес2ких смол.Конструкция модульного ФПД представлена на рис. 12.4, где 1 – ТТФЭП; 2 – лейкосапфировые микроплаты с БИС; 3 – патруб- 4ки циркуляции криоагента; 4 – соединения.Гидравлическая схема модуля ФПД по3казана условно на рис. 12.5 (1 – медный параллепипед; 2 – змеевик).Рис. 12.489Теплообменник (медная трубка) спаян с коробом по углам наприпой ПСР-72В. Эта схема позволяет соединять последовательно любое количество модулей(рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
