小型地球模拟器温度控制系统研究

　　0　引　　言

　　红外地球敏感器是人造卫星上的一种姿态测量部件,用于测量卫星本体与地球间的姿态偏差(星上的指地基准线与卫星、地心连线间的角度偏差),在通信卫星中它给星上天线提供了指地基准。红外地球敏感器地面标定试验的精度高低,将直接影响到卫星在轨道上的工作精度。另外红外地球敏感器担负着卫星发射过程中捕获地球、在过渡轨道对地球定位等功能[1-3]。

　　地球模拟器就是在地面上标定卫星敏感器精度的试验设备,是地球敏感器研制和生产中不可缺少的重要实验设备[4-5]。针对自旋式地球敏感器设计了一种小型地球模拟器,其结构如图1所示。模拟器主要由热地球、遮光罩、步进电机、调制盘、光电开关、支架等结构组成。主要实现实验室温度背景下地球热辐射梯度的模拟。温度控制系统是地球模拟器的重要组成部分,它是用来控制地球模拟器中热地球圆盘和地球光阑的温度,使二者温差等效于地球和太空的辐射温度差。地球模拟器除能模拟地球张角外,还要模拟地球与太空间辐射亮度差,地球的不同纬度的不同季节辐射强度是变化的。通过温控系统调节热地球的温度,便可实现对地球与太空间辐射亮度差的模拟[6-8]。可见,地球模拟器温控系统的精度直接影响着模拟器整体精度。主要研究小型地球模拟器的温度控制系统。

　　1　模拟器温控系统的组成与工作原理

　　1.1　热地球温控系统组成

　　模拟器的控制主要体现在对热地球的控制。对热地球温控系统的要求是温控范围为40~85℃、表面温度不均匀度≤0.6℃和同一半径上温度不均匀度≤0.4℃。为了保证热地球的温控精度,采用电热膜加热,用PID控制方式的温控仪对其温度进行控制,热地球温度测量与控制框图如图2所示。

　　热地球的温控系统由热地球和温控仪两大部分组成:

　　1)热地球

　　热地球主体为两个小圆盘,其前表面为黑色阳极氧化处理的均热板,后表面用电热膜加热,热地球直径为35 mm (有效直径为31 mm),质量为150 g,最高温度为85℃,环境温度为20℃。温度调整满足40~85℃。

　　2)温控仪

　　温度控制部件采用厦门宇电科技有限公司研制的AI70系列温控仪,具有P、I、D温度控制与设定功能。温控仪采用定点显示状态,显示设定温度值和实测温度值,实测值被用作控制反馈量送至温控仪。

　　1.2　系统工作原理

　　该系统主要是加热热地球并使之保持温度恒定在(40~85±0.5)℃某一温度上,要求热地球铝盘材料密度与加工厚度均匀、电加热膜电阻丝分布均。使温度不均匀性≤±0.5℃,其中热地球是一直径35 mm的铝制圆盘,其前表面阳极氧化发黑处理,其后表面用电热膜加热,其温控系统的流程图如图3所示。温度测量点选择在热地球中心部位。由于采用闭环控制方式,所以控制精度高,整个温控系统的调节比较容易。