一種適用于深空探測高溫工作環境的空間相機及其實現方法技術

本發明專利技術公開了一種適用于深空探測高溫工作環境的空間相機，包括光學鏡頭組件、多層隔熱組件、APS板、導熱組件、相機支撐結構、相機控制板和散熱組件；其關鍵在于，對使用了APS圖像傳感器的空間相機，引入APS器件的導熱優化設計技術和整機散熱優化設計技術，實現了空間相機的高溫工作環境的適應性，同時具有低功耗、輕小型、多功能和成像質量高的優點，滿足深空探測對高溫工作環境適應性的空間相機的需求。

【技術實現步驟摘要】
一種適用于深空探測高溫工作環境的空間相機及其實現方法
本專利技術屬于深空探測光電探測
，涉及一種適用于深空探測高溫工作環境的空間相機及其實現方法。
技術介紹
隨著深空探測技術的發展和深空探測任務需求，做作為深空探測必備的有效載荷(空間相機)的發展趨勢為：隨著技術不斷進步，空間相機的性能越來越高，在深空探測中發揮的作用越來越重要，深空探測器所攜帶的空間相機也越來越多；空間相機所承擔的科學目標從單一到多元化、從簡單到復雜；深空探測空間相機趨向于集成化、小型化和多功能化，以減輕質量、降低成木、節省燃料、延長深空探測器壽命；空間相機所面臨溫度環境更加復雜(比如：月面白晝工作需要面臨+150℃的高溫環境)。由此適應高溫工作環境的空間相機研制技術是深空探測技術發展的關鍵技術之一。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的主要目的在于提供一種適用于深空探測高溫工作環境的空間相機及其實現方法。為了達到上述目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的：本專利技術提供了一種適用于深空探測的高溫工作環境的空間相機，包括光學鏡頭組件、多層隔熱組件、APS板、導熱組件、相機支撐結構、相機控制板和散熱組件；其中，光學鏡頭組件，在空間相機最前端，用于消減視場外的雜散光，并將待成像目標成像在APS圖像傳感器上；多層隔熱組件，包覆了空間相機的所有表面(除光學鏡頭組件遮光罩的通光口、散熱組件的上表散熱面和空間相機的接插件部位外)，用于減小深空探測環境或其它設備間的輻射熱；APS板，在光學鏡頭組件與相機控制板之間，用于接收光學鏡頭組件收集的光學信號，并將光學信號轉換成電學信號，APS板同時實現差分LVDS信號轉為單端信號和二次電源轉換的功能；導熱組件，在APS板的后表面上，表貼APS探測器工作時產生的熱傳遞到固定APS探測器的PCB板焊盤上，傳導到PCB板焊盤上的熱再通過PCB板和PCB板上的導熱孔傳遞到PCB板對面的焊盤，再由PCB板對面的焊盤傳遞到類工字型導熱條上，再傳遞到相機支撐結構上；相機支撐結構，用于固定光學鏡頭組件、APS板和相機控制板以及實現對外的機械接口，保證空間相機具有良好適應輻照環境和力學環境的能力。相機控制板，在空間相機后端，用于APS芯片的控制信號、采集圖像、輸出圖像、串行通信；散熱組件，用于將相機工作時產生的熱向深空環境輻射。上述方案中，所述多層隔熱組件包覆了所述空間相機的所有表面(除光學鏡頭組件遮光罩的通光口、散熱組件的上表散熱面和空間相機的接插件部位外)；所述多層隔熱組件為15單元層隔熱材料，所述每一單元層隔熱材料包括蜂窩芯、單面鍍鋁聚酰亞胺膜；所述多層隔熱組件的最外層面膜為F46薄膜鍍銀二次表面鏡；其中，蜂窩芯，用于兩層單面鍍鋁聚酰亞胺膜之間的隔熱，減小兩層單面鍍鋁聚酰亞胺膜的熱傳遞；單面鍍鋁聚酰亞胺膜，用于將傳遞到單面鍍鋁聚酰亞胺膜上的熱向空間相機外反射，減小外界熱向空間相機傳遞；F46薄膜鍍銀二次表面鏡，用于將空間環境或其它設備的輻射熱向外界反射。上述方案中，所述導熱組件包括導熱墊片、類工字型導熱條和導熱孔，導熱墊片和類工字型導熱條為導熱特性良好的銅；其中，導熱墊片，在類工字型導熱條兩端與相機支撐結構之間，實現將類工字型導熱條與相機支撐結構之間的緊密良好接觸；類工字型導熱條，在APS板的后表面，用于將傳遞到類工字型導熱條的熱傳導到相機支撐結構上；導熱孔，在APS探測器底部的PCB板上，用于將APS探測器產生的熱傳遞到類工字型導熱條；上述方案中，所述散熱組件包括OSR散熱膜和散熱板；其中OSR散熱膜，在散熱板的上表面，用于將傳遞到OSR散熱膜上的熱向深空環境輻射；散熱板，固定OSR散熱膜，并將將相機支撐結構上的熱傳導到OSR散熱膜上。本專利技術提供一種適用于深空探測的高溫工作環境的空間相機的實現方法，所述空間相機包括光學鏡頭組件、多層隔熱組件、APS板、導熱組件、相機支撐結構、相機控制板以及散熱組件；所述實現方法為：步驟61：隔離空間相機的外界輻射熱所述多層隔熱組件為15單元層隔熱材料，從所述空間相機表面向外，依次分布為單面鍍鋁聚酰亞胺膜(鍍鋁面向外)、蜂窩芯、單面鍍鋁聚酰亞胺膜(鍍鋁面向外)、蜂窩芯、單面鍍鋁聚酰亞胺膜(鍍鋁面向外)、蜂窩芯、……、最外層面膜為F46薄膜鍍銀二次表面鏡(鍍銀面向外)。F46薄膜鍍銀二次表面鏡將深空探測環境或其它設備間的輻射熱向深空環境反射，極少量的熱通過F46薄膜鍍銀二次表面鏡向內傳遞；緊靠F46薄膜鍍銀二次表面鏡的蜂窩芯再將F46薄膜鍍銀二次表面鏡向內傳遞的熱傳遞到單面鍍鋁聚酰亞胺膜；單面鍍鋁聚酰亞胺膜將傳遞到其鍍鋁面的熱向外反射，極少量的通過單面鍍鋁聚酰亞胺膜向內傳遞；依次類推，所述空間相機通過多層隔熱組件實現隔離空間相機的外界輻射熱。步驟62：向相機支撐結構傳遞APS傳感器工作產生的熱所述的表貼APS探測器工作時產生的熱傳遞到固定APS探測器的PCB板焊盤上，傳導到PCB板焊盤上的熱再通過PCB板和PCB板上的導熱孔傳遞到PCB板對面的焊盤，再由PCB板對面的焊盤傳遞到類工字型導熱條上，再傳遞到相機支撐結構上；APS探測器與PCB板焊盤之間緊密填充硅橡膠；導熱孔內填充焊錫；類工字型導熱條與PCB板焊盤之間緊密填充硅橡膠；類工字型導熱條兩端通過導熱墊片與相機支撐結構緊密良好接觸，類工字型導熱條與導熱墊片之間、導熱墊片與相機支撐結構之間填充硅橡膠；通過4個M3的螺釘將類工字型導熱條緊固在PCB板上。步驟63：向深空環境輻射空間相機工作產生的熱所述散熱組件是通過硅橡膠把OSR散熱膜粘貼在散熱板上。所述空間相機工作時產生的熱(包括電源轉換模塊、APS探測器、FPGA器件等)通過各種途徑傳導到相機支撐結構上，相機支撐結構上的熱再傳遞到散熱板上，散熱板上的熱通過OSR散熱膜向深空環境輻射。與現有技術相比，本專利技術具有的優點是：利用現有的航天領域成熟技術，解決了空間相機在高溫工作環境中隔絕外界熱和導出并輻射相機內部熱的問題。創新性解決了大功耗表貼APS探測器散熱困難的問題，而且保證了APS探測器與相機支撐結構的良好溫差。實現了APS探測器到相機支撐結構之間的溫差為5℃，讓空間相機能夠在150℃的高溫工作環境中正常工作。空間相機同時具有低功耗、輕小型、多功能和成像質量高的優點。附圖說明圖1是本專利技術的空間相機的系統組成示意圖；其圖中標記為：11-光學鏡頭組件、12-多層隔熱組件、13-APS板、14-導熱組件、15-相機支撐結構；16-相機控制板、17-散熱組件；圖2是本專利技術的空間相機的多層隔熱組件示意圖；其圖中標記為：A代表空間相機外表面、B代表由內向外、C為深空環境、21-蜂窩芯、22-單面鍍鋁聚酰亞胺膜、23-F46薄膜鍍銀二次表面鏡；圖3是本專利技術的空間相機的導熱組件剖面示意圖；其圖中標記為：31-導熱墊片、32-類工字型導熱條、33-導熱孔、34-APS探測器、35-PCB板上的焊盤、36-PCB板；圖4是本專利技術的空間相機的導熱組件俯視示意圖；圖5是本專利技術的空間相機的散熱組件示意圖；其圖中標記為：51-OSR散熱膜、52-散熱板；圖6是本專利技術的空間相機的實現流程示意圖；圖7是本專利技術的空間相機的具體實施例。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本專利技術再作進一步詳細的說明。本專利技術提供了一種適用于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適用于深空探測的高溫工作環境的空間相機，其特征在于，該空間相機包括光學鏡頭組件(11)、多層隔熱組件(12)、APS板(13)、導熱組件(14)、相機支撐結構(15)、相機控制板(16)和散熱組件(17)；其中，光學鏡頭組件(11)，用于消減視場外的雜散光，并將待成像目標成像在APS圖像傳感器上；多層隔熱組件(12)，用于減小深空探測環境或其它設備間的輻射熱；APS板(13)，用于光電轉換，差分LVDS信號轉為單端信號，二次電源轉換；導熱組件(14)，用于將APS圖像傳感器工作時產生的熱快速傳導到相機支撐結構上；相機支撐結構(15)，用于固定光學鏡頭(11)、APS板(13)和相機控制板(14)以及實現對外的機械接口；相機控制板(16)，用于APS芯片的控制信號、采集圖像、輸出圖像、串行通信；散熱組件(17)，用于將相機工作時產生的熱向深空環境輻射。

【技術特征摘要】
1.一種適用于深空探測的高溫工作環境的空間相機，其特征在于，該空間相機包括光學鏡頭組件(11)、多層隔熱組件(12)、APS板(13)、導熱組件(14)、相機支撐結構(15)、相機控制板(16)和散熱組件(17)；其中，光學鏡頭組件(11)，用于消減視場外的雜散光，并將待成像目標成像在APS板(13)上；多層隔熱組件(12)，包覆了所述空間相機的除光學鏡頭組件(11)遮光罩的通光口、散熱組件(17)的上表散熱面和空間相機的接插件部位外所有表面，用于減小深空探測環境或其它設備間的輻射熱；所述多層隔熱組件(12)為15單元層隔熱材料，其中每一單元層隔熱材料包括蜂窩芯(21)、單面鍍鋁聚酰亞胺膜(22)；所述多層隔熱組件(12)的最外層面膜為F46薄膜鍍銀二次表面鏡(23)；其中，蜂窩芯(21)，用于兩層單面鍍鋁聚酰亞胺膜(22)之間的隔熱；單面鍍鋁聚酰亞胺膜(22)，用于將傳遞到單面鍍鋁聚酰亞胺膜(22)上的熱向空間相機外反射；F46薄膜鍍銀二次表面鏡(23)，用于將空間環境或其它設備的輻射熱向外界反射；APS板(13)，用于光電轉換，差分LVDS信號轉為單端信號，二次電源轉換；導熱組件(14)，用于將APS板(13)工作時產生的熱快速傳導到相機支撐結構上，包括導熱墊片(31)、類工字型導熱條(32)和導熱孔(33)，導熱墊片和類工字型導熱條為導熱特性良好的銅；其中，導熱墊片(31)，用于將類工字型導熱條(32)的兩端與相機支撐結構緊密良好接觸；類工字型導熱條(32)，用于將傳導到類工字型導熱條(32)的熱傳導到相機支撐結構；導熱孔(33)，用于將APS板(13)產生的熱傳導到類工字型導熱條(32)；相機支撐結構(15)，用于固定光學鏡頭組件(11)、APS板(13)和相機控制板(16)以及實現對外的機械接口；相機控制板(16)，用于APS板(13)內芯片的控制信號、采集圖像、輸出圖像、串行通信；散熱組件(17)，用于將相機工作時產生的熱向深空環境輻射，包括OSR散熱膜(51)和散熱板(52)；其中：OSR散熱膜(51)，用于將傳導到OSR散熱膜上的熱向深空環境輻射；散熱板(52)，用于將相機支撐結構上的熱傳遞到OSR散熱膜上。2.一種適用于深空探測的高溫工作環境的空間相機的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：余國彬，劉恩海，周向東，鐘杰，趙汝進，王進，
申請(專利權)人：中國科學院光電技術研究所，
類型：發明
國別省市：四川;51