月基望远镜热设计及热分析

　　0 引 言

　　空间环境是航天器在轨运行时所遇到的自然和人为环境，主要包括真空、冷黑、太阳辐照、微重力、空间碎片、原子氧、等离子体以及磁层亚暴环境等。其中等离子层分布在离地球表面 70 ～ 300km 的范围内，其电子密度随昼夜、季节、纬度和太阳活动而变化。地球等离子层作为近地空间重要的活动区域，其分布和演变过程对航天器飞行有重要的影响:等离子体环境对轨道上运行的卫星会引起卫星附加电阻力，使探测仪器产生假信号，高压太阳阵电源系统漏电、大型天线增益下降和指向精度减小等[1]。

　　故加强对地球等离子体层的探测与研究对我国的航天工程具有极其重要的应用价值。极紫外成像探测是利用等离子体层的 He+离子，在太阳辐射作用下激发出波段为 30. 4nm 的光辐射来实现的。目前极紫外成像探测主要利用太阳同步轨道卫星，地球椭圆轨道卫星以及月球轨道卫星对地球等离子体层进行成像。美国宇航局 2000年利用地球椭圆轨道的 IMAGE 卫星携带的极紫外成像仪，第一次获得了地球等离子体层在赤道面上的全球分布及其在太阳扰动期间的变化[2]。但这种探测只有当卫星处在远地点时，才能拍摄到地球等离子体层的整个图像。

　　月球自转周期和公转周期一致，即月球表面面向地球的一面会始终面向地球，于是在月球观测地球等离子体层便成为极紫外成像探测的一种新方式。另外，月球上地质构造非常稳定以及月球表面具有高度真空和高度洁净的空间环境，这些都是在月球上进行天文观测的有利条件[3]。因此，中国探月二期工程提出开展月基地球等离子体层极紫外成像研究( 即研制某月基望远镜) ，在月球公转过程中，从侧面不同角度对位于地球赤道面附近的极紫外辐射进行探测，研究目前未知的地球等离子体层的三维结构。本文分析了月基望远镜所处的空间环境，并对其进行了详细的热设计和热分析。

　　1 月基望远镜及所处环境简介

　　月基望远镜由望远镜主体和电控箱组成。望远镜主体安装在着陆器表面; 电控箱安装在着陆器的舱内，通过电缆与望远镜主体连接。望远镜主体部分由镜头盖、反射镜、探测器组件和望远镜机身等部分组成。

　　月基望远镜将受到太阳辐射、月表红外辐射和月表太阳反射以及冷黑热沉的交替加热和冷却，同时还受到其探测器、高压模块等内热源的扰动，空间环境非常恶劣[4]。月基望远镜将着陆于月球北纬44°左右，其所处的月表温度变化如图 1 所示。

　　由图 1 可以看出，月基望远镜所处的空间环境温度变化范围可达 360K，且高低温持续时间均有14 天左右，这就给其热设计带来了巨大的困难。月昼期间望远镜整体温度水平很高，此时内热源产生的热量若不能够及时散出，可能会导致探测器等内热源的温度超出工作范围，导致探测失败; 月夜期间由于无功耗供给，月基望远镜将面临“无米之炊”的境地，故保证其在月夜期间的温度水平保持在允许的温度范围内将是热设计的重中之重。