Формозов Б.Н. Аэрокосмические фотоприёмные устройства в видимом и инфракрасном диапазонах. Ч.2 (2002) (1095906), страница 5
Текст из файла (страница 5)
12.6).Идея создания квадратного2модуля, стыкуемого по всем четырем сторонам с аналогичнымимодулями при минимальных (менее 1-го элемента) зазорах в фоточувствительном поле получиланазвание Z-технологии: в XY-плосРис. 12.5кости – матричные ИК-приемники типа ТТФЭП или ИК – ПЗС,abZ-направлении – схемы коммутации и предварительной обработки видеосигнала.Набор из большого числаВход к/аВыход к/амодулей называется "мозаичнойфокальной решеткой" (МФР).Рис. 12.6Размеры МФР – ориентировочно 12×12 см.
Для нее нужен КА с трехосной стабилизацией. Размерлинеек IMEWS ≈ 12 см длиной. Для них нужен КА со стабилизациейвращением.19013. СТЫКОВКА ФПУ С КОМБИНИРОВАННЫМИСИСТЕМАМИ НА БАЗЕ ДРС И ГКМС АККУМУЛЯТОРАМИ ХОЛОДА НАПЛАВЯЩИХСЯ ВЕЩЕСТВАХКосмические телевизионные системы (ТВС) с некомпактными ФПУ,чувствительные в диапазоне 3–5 мкм и имеющие ресурс работы неменее 5 лет, могут быть построены на основе комбинации аккумуляторов холода на плавящихся веществах при азотных температурах и экранировки их с помощью РСО с уровнем охлаждения I50–I70 К (рис. 13.1).Периодическим включением ДРС, теплообменник микроохладителякоторой встроен в контейнер с твердым газом, можно превращать втвердь расплавившийся в результате компенсации теплопритоков от ФПУжидкий газ (например, аргон Ar, Tпл = 87,3 К; метан СН4, Tпл = 90,6 К;пропан C3H8, Тпл = 86 К).
Все эти вещества имеют тройные точки вышеТн.к N2 . Поэтому с помощью ДРС на N2 их можно периодически отверждать. При этом можно компенсировать весьма значительные теплопритоки от ФПУ.12131110FCH4123456789Рис. 13.191На рис.13.1: 1 – оптическая система; 2 – входное оптическое окно (лейкосапфир, германий); 3 – охлаждаемый фильтр (Т = I50–I70 К); 4 – ФПДмодульного типа (Т ≈ 86 К); 5 – КРТ (Т = I50–T70 К); 6 – система хладопроводов от ФПД к твердому газу; 7 – разъемы (вакуумно-плотные на холоде и на тепле); 11 – контейнер с твердым газом (С3Н8); Т = 86 К; 10 –микроохладитель ДРС; 8 – ресивер для отходящего азота; 11 – закачной ирабочий компрессоры; 12 – змеевик для отверждения расплавленного газаот микроохладителя ДРС; 13 – тепловой экран (Т ≈ 200 К).Такая система при охлаждении до 86 К многомодульного ФПД имеет ресурс не более 1500 ч, 5 лет = 43800 ч. За это время ДРС должнавключиться столько раз, чтобы не набрать моторесурс более 1500 ч.Значит ДРС должна работать не более 1-го ч в сутки.
Однако даннаяконструкция обладает одним существенным недостатком. Фоточувствительные элементы 4 и фильтр 3 постоянно находятся в захоложенномсостоянии. На них возможно образование криоосадков в виде сконденсированных водяных паров (лед). Для их устранения необходимо периодическое тепловое отключение ФПД от аккумулятора холода, что в системе с использованием ДРС крайне трудно. Данный недостаток можно исключить при использовании ГКМ.При реальном теплопритоке 1–2 Вт от ФПД на уровень 86 К потребление ДРС не превысит 1,2 кВт бортовой электроэнергии, что вполне реально. Но нужен либо преобразователь = 27 В от солнечных панелей в 200 В ~~400 Гц (самолетная сеть), либо двигатели постоянного тока, что сложнее.С помощью ДРС можно создать ФПУ на диапазон 3–5 мкм.
Длядиапазона 8–12 мкм необходимо использование двухступенчатых ГКМс уровнем охлаждения 15–16 К на второй ступени.В отличие от ДРС азотного уровня ГКМ, работающие по циклу Стирлинга, имеют при необходимости охлаждения объектов до 15–16 К двеступени, каждая из которых содержит два поршня, два вытеснителя идва регенератора.ГКМ, потребляющая 0,5–1,2 кВт бортовой электроэнергии, имеетхолодопроизводителъность 5–10 Вт на уровне 60–70 К (первая ступень)и 1–2 Вт на уровне 15–16 К (вторая ступень). При этом совершенно ненужна РСО для экранировки второй ступени охлаждения.
Эту функциювыполняет тепловой экран, соединенный капилляром с фланцем первойступени, когда работает ГКМ.ФПУ, стыкованному с ГКМ Стирлинга (двухступенчатой), не требуется откачка до высокого вакуума путем отстрела пиропатрона, откры92вающего вентиль на открытый космос. Функции поддержания вакуумавыполняет уголь БАУ.9710611165Ne16H2161213416143161718C3H 81521Рис.
13.293На рис. 13. 2 приведена схема фотоприемной системы на основе двухступенчатой ГКМ, работающей по обратному циклу Стирлинга, с температурой на второй ступени ГКМ Т = 14–16 К, аккумулятора холода наплавящемся криогенном веществе (твердом неоне) и теплообменногоциркуляционного контура на жидком водороде для охлаждения МФР.Система может быть чувствительна в диапазоне 8–12 мкм: 1 – перваяступень ГКМ; 2 – вторая ступень ГКМ; 3 – тепловой экран (Т = 60–70 К);4 – контейнер с твердым неоном; 5 – хладопровод для криостатирования МФР; 6 – МФР; 7 – охлаждаемый фильтр изображения (Т = 80 К) саккумулятором холода на твердом пропане C3H8; 8 – входное оптическое окно (германий ГМО, иртран); 9 – наружный вакуумный кожух; 10 –теплообменники циркуляционного водородного теплообменного контура; 11 – ресивер с жидким водородом; 12 – привод насоса теплообменного контура; 13 – двухклапанный насос циркуляционного водородноготеплообменного контура; 14 – гелиевый теплообменный контур для отверждения неона; 15 – гелиевый компрессор с ресивером; 16 – низкотеплопроводные опорные элементы (стеклотекстолит СТЭФ); 17 – крионасос на основе БАУ; 18 – вакуумный вентиль с пиропатроном для"отстрела" общей вакуумной полости на открытый космос.Ресурс непрерывной работы бортовой телевизионной аппаратуры неменее 3–5 лет при моторесурсе ГКМ всего в 5000–10000 ч обеспечивается за счет включения ГКМ периодически на 2–3 ч в сутки для отверждения расплавленного криогенного вещества в аккумуляторах холодаза счет теплопритоков от датчиков обнаружения и КА.13.1.
Международный проект Венера – ГаллейВот уже более 600 лет астрономы наблюдают один раз в 76 лет (последний раз в 1910 г., а затем – в 1986 г.) приход в область земной орбиты кометы Галлея, которую он вычислил, наблюдая отклонения от законов Кепплера движение Плутона, т. е. должно было быть какое-то тело,которое искажает гравитационное поле Солнца, вокруг которого вращаются планеты.Очередное появление кометы Галлея ожидалось в марте 1986 г. Онапроходит на близком расстоянии от Солнца, у нее от нагрева образуетсягазопылевой хвост длиной 150–200 млн км, который давлением света исолнечным ветром всегда направлен от Солнца.Директор ИКИ АН СССР академик Р. З.
Сагдеев предложил провести в космосе уникальный эксперимент на КА, оснащенном телевизи94онными камерами и другой научной аппаратурой, а именно пролететьвблизи ядра кометы на расстоянии примерно 10000 км со стороны Солнца в ее газопылевой сфере-коме и попытаться передать на Землю телевизионное изображение ядра кометы Галлея.В эксперименте участвовали, кроме СССР, ученые Франции, Австрии, Болгарии, Венгрии, ГДР, ФРГ и Чехословакии – Совет "Интеркосмос". При этом не было ни заказчиков, ни подрядчиков, ни исполнителей. Все страны разрабатывали научные приборы на свои средства ипоставляли их в ИКИ АН СССР, а разработку пролетного КА и запускосуществляло НПО им.
С. А. Лавочкина (НИЦ им. Бабакина, главныйконструктор КА Пантелеев В. П.).Основу КА составляла телевизионная система (ТВС), содержащаятелевизионный датчик наведения (ТДН) всего КА и телевизионную узкоугольную камеру (ТВУ), которая должна была быть в момент пролета нацелена на ядро кометы и передать его изображение на Землю(рис.
13.3).На рис. 13.3: а – ТВУ; б – ТДН; в – блок питания ТВС; 1 – узлы сохлаждаемыми ПЗС; 2 – радиаторы; 3 – ОС; 4 – блоки электроники.ТВС располагалась на автоматической стабилизированной платформе. Запуск состоялся в 12 ч 16 мин 15 декабря 1984 г. с космодромаБайконур.Идею поддержало Европейское Космическое Агентство, запустивсвой КА "Джотто". Однако они поставили цель пролететь в 500 км отядра кометы в плотном газопылевом слое головной комы, где моглибыть и весомые микрочастицы.ТДН и ТВУ аппаратуры "Вега" содержали по 2 ПЗС-матрицы видимого диапазона спектра с числом элементов 576×512 с поверхностным p-каналом переноса зарядов.
Конструкция защищена авторскими свидетельствами СССР. Других ПЗС с ВП тогда еще не было(рис. 13.4, 13.5, а).На рис. 13.4: 1 – ПЗС; 2 – вакуумный кожух; 3 – входное окно; 4 –встроенный термоэлектрический охладитель ТЭМО-7; 5 – внутренний хладопровод; 6 – металло-керамическая ножка; 7 – тепловая петля; 11 – наружный гибкий хладопровод; 10 – хвостовик внутреннегохладопровода; 8 – индий; 9 – технологический термоэлектрическийохладитель ТЭМО-3.95а)12344б)312в)Рис. 13.3На рис. 13.5: а – охлаждаемый ПЗС; б – технологический ТЭО сводяным охладителем горячей грани; в – технологический теплоаккумулятор на LiN023H2 0.96Для подавления темнового сигнала и обеспечения длительного накопления 1,0–10 с матрицы охлаждались от космического радиационного теплообменника – по 2 ПЗС от каждого КРТ.Для обеспечения криостатирования ПЗС-матриц при температуре230–235 К, достаточной для Tнак = 10 с, были разработаны охлаждаемые фотоприемные устройства с пассивным охлаждением от КРТ.
Онибыли соединены 7-миллиметровыми жесткими тепловыми трубами сКРТ. Тепловые трубы разрабатывала кафедра теплофизики Киевскогополитехнического института (М. Г. Семена).Всю оптическую систему разработало и изготовило ОКБ при ЛИТМОс их опытным заводом "Руссар", главный конструктор, директор заводаД. М. Румянцев.Главным конструктором охлаждаемых ФПУ и системы стабилизацииих тепловых параметров в главном сеансе эксперимента "Вега" (пролетмимо ядра) был кандидат физико-математических наук Б. Н. Формозов.Технологический ТЭО 11 (рис. 13.5, б) использовался при наземныхиспытаниях.
Его горячая грань сначала охлаждалась водой, а затем попросьбе венгерской стороны вместо водяного охлаждения был разработан теплоаккумулятор на основе трехводного нитрата лития (LiN02 ⋅3H20),который плавился при t ≈ + 30 °С. Его хватало на два часа работы, азатем он отстыковывался, на его место стыковался другой, а теплоаккумулятор опускался в холодную воду, где снова затвердевало плавящееся вещество (рис.
13.4, в).В полете вместо технологического ТЭО 11 использовался аккумулятор холода, стыкованный с помощью эпоксидной смолы с алюминиевойпудрой с хвостовиком гайки 10 на рис. 13.4.Суммарный теплоприток от ФПУ к КРТ при температуре ПЗС-матрицы 230 К и температуре корпуса 308 К не превышал 0,8 Вт.Устройства выпускались в двух вариантах:– с закрытыми от света секцией хранения и регистром;– с закрытым от света регистром.В первом случае в режиме кадрового переноса обеспечивается 288строк разложения, во втором в режиме считывания при закрытом внешнем оптическом затворе, 576 строк разложения (импульсный режим).Параметры ФПУ при времени накопления Tнак =1,0 с приведены ниже:Tматрицы = 238 К; частота считывания в регистре – 500 кГц; напряжениесигнала насыщения – 0,2–1,6 В; относительное значение темнового сиг972345671811109Рис. 13.4а)б)в)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
