超光谱成像仪红外系统热控技术研究

　　1　超光谱成像仪及其红外系统

　　超光谱成像仪(HSI———Hyper Spectral Imager)又称成像光谱仪,是新一代“图谱合一”的光学遥感仪器,它能够同时获取地物的影像及其每一个像元的光谱[1]。超光谱成像仪得到的信息是两 维空间域加一维频率域所构成的立方图像[2](ImageCube),其光谱分辨率从多光谱级(Multispectral lev-el)λ/Δλ≈10提高到了超光谱级(Hyperspectral lev-el)λ/Δλ≈100,谱段通道数也从多光谱的数个增加到超光谱的数十个甚至上百个。目前美国、欧洲等发达国家正在研制各种规格和用途的超光谱 成像仪[3,4],并且已完成航空飞行实验阶段,上世纪末本世纪初开始在卫星上运行。超光谱成像仪的光谱覆盖了从可见光到近红外、短波红外以及热红外各波 段。由于红外系统的应用,使得观测不再受白天夜晚的限制,并且对天气的依赖性大大减小,观测能力极大提高,红外系统已成为超光谱成像仪不可缺少的重要部 分。

　　超光谱成像仪红外系统在军事上可以揭露伪装、识别诱饵、辩明真假目标;判定打击效果,评估毁伤程度和状态;监视战场环境,了解地形地貌、土壤植 被、道路、水体等自然情况;实现军事目标的自动识别和智能判读等方面的侦察能力,提高军事综合侦察水平。同时它在资源调查、环境监测等广泛领域也具有重要 的应用前景。它能够探测到以往多光谱遥感查验不出的重要地面特征和理化生物性能,所获得的地球目标的不同光谱景象可以为农业估产、可再生资源的动态调查、 实时自然灾害的监测和海洋环境及海洋初级生产力调查提供服务。超光谱成像仪是遥感对地观测技术发展的前沿,代表着当前监测地球环境动态变化最有效的空间遥 感仪器的发展方向。

　　2　超光谱成像仪红外系统热控主要需求

　　超光谱成像仪作为航天对地遥感系统,要经历地面装调、发射、空间轨道运行等阶段,其环境差别非常大[5]。地面段,发射场的地理位置不同以及冬 夏季节、昼夜的气温差别较大直接影响超光谱成像仪的热状态;随着飞行高度增加,空气压力下降,重力加速度变小,卫星(或飞船)内部气体对流减小直至消失, 影响到舱内有效载荷的传热过程;轨道段,受到空间真空、空间低温(4K黑冷空间)、微重力、空间热源(太阳辐射、地球及其它行星热辐射、地球红外反射)等 因素的作用,使得超光谱成像仪温度水平和温度梯度随航天器的轨道姿态不同有较大的变化。如果不采取有效的热控手段,使之处于合适的温度水平并具有合适的温 度梯度,超光谱成像仪将无法正常工作,甚至会由于温差太大产生较大的热应力,而被破坏。