МНОГОКАНАЛЬНЫЙ БЛОК ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G03B37/00 

Изобретение относится к оптико-электронным системам дистанционного зондирования подстилающей поверхности, и в частности к бортовым оптическим комплексам дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) космических летательных аппаратов.

Наиболее близким по технологической сущности к предлагаемому изобретению является взятый нами за прототип многоканальный блок оптико-электронного преобразования (ОЭП) [1], представленный на фиг. 1.

Цифрами на фигуре 1 показаны основные узлы многоканального блока ОЭП, взятого за прототип: 1 - основание; 2 - крышка блока со светофильтром; 3 - оптическое основание для установки матричных фотоприемников с зарядовой связью (ФПЗС); 4 - плоскость для установки матриц ФПЗС; 5 - матрицы ФПЗС; 6 - плата усиления и фильтрации; 7 - гидротракт системы охлаждения ОЭП; 8 - фланец стыковки системы охлаждения ОЭП с жидкостной системой терморегулирования (СТР) космического аппарата (КА); 9 - электронные ячейки блока; 10 - рама; 11 -торцевая левая стенка кожуха; 12 - торцевая правая стенка кожуха; 13 -кожух.

Как видно из фигуры 1, многоканальный блок ОЭП, взятый за прототип, содержит фокальный узел, состоящий из основания - 1 с установленным оптическим основанием - 3, на котором в установочной плоскости - 4 располагаются матрицы ФПЗС - 5, герметично закрытые крышкой со светофильтрами - 2, и ячеечный узел, состоящий из рамы - 10, механически связанной с основанием - 1, по обеим сторонам которой располагаются электронные ячейки - 9. Матрицы ФПЗС - 5 электрически связаны через платы усиления и фильтрации - 6 с электронными ячейками - 9. ОЭП имеет систему охлаждения, представляющую собой канал гидротракта - 7, расположенный внутри основания - 1. С торцов основания располагаются фланцы гидротракта - 8 для герметичной стыковки системы охлаждения блока с СТР КА. В результате теплоотвод от фокального узла и рамы блока -10 обеспечивается протоком хладагента СТР КА.

В данном многоканальном блоке ОЭП система охлаждения имеет ряд недостатков: невозможность использования блока ОЭП в КА без жидкостной СТР, так как предусмотренный способ охлаждения рассчитан на непосредственное подключение гидротракта СТР КА к блоку ОЭП; неравномерность температуры вдоль узла фокальной плоскости, так как температура хладагента на входе канала ниже, чем на выходе, а его форма прямолинейна; увеличение габаритов и массы блока ОЭП из-за фланцев гидротракта; наличие дополнительных технологических операций по очистке канала гидротракта и его отдельной герметизации; сложность имитации работы гидротракта СТР КА при тепловых испытаниях блока ОЭП.

Целью изобретения является: обеспечение возможности применения блока ОЭП на КА с любым типом СТР; обеспечение равномерного температурного поля оптического основания и минимизацию его нагрева электронными ячейками блока; снижения массы и габаритов блока; упрощения регулировки и испытаний блока.

Поставленная цель достигается тем, что в известном многоканальном блоке оптико-электронного преобразования, содержащем фокальный узел, на оптическом основании которого установлены матрицы фотоприемников с зарядовой связью (ФПЗС) и ячеечный узел, на раме которого располагаются электронные ячейки, имеющий систему охлаждения, связанную с системой терморегулирования (СТР) космического аппарата (КА), связь системы охлаждения с СТР КА осуществляется креплением теплоотвода на внешнюю сторону корпуса блока, расположенную с обратной стороны фокального узла и параллельно ему.

При этом теплоотводы от матриц ФПЗС, электронных ячеек блока и узлов, в которых они расположены, могут быть теплоизолированными друг от друга, а в качестве теплоотводов могут быть использованы тепловые трубы, которые могут механически соединяться с тепловыми аккумуляторами или с элементами Пельтье.

Предлагаемое изобретение поясняется фигурами 2 и 3.

Цифрами на фигуре 2 показаны основные узлы предлагаемого многоканального блока ОЭП: 15 - оптическое основание; 16 - крышка блока со светофильтром; 17 - плоскость на основании для установки матриц ФПЗС; 18 - матрицы ФПЗС; 19 - плата усиления и фильтрации; 20 - теплоотводы системы охлаждения ОЭП; 21 - нижняя часть корпуса, предназначенная для стыковки элементов системы охлаждения ОЭП с СТР КА; 22 - электронные ячейки блока; 23 - рама; 24 - торцевая левая стенка корпуса; 25 - торцевая правая стенка корпуса; 26 - крышки.

Цифрами на фигуре 3 показаны основные узлы предлагаемого многоканального блока ОЭП: 30 - зона охлаждения плоскости установки матриц ФПЗС; 31 - элемент крепления фокального узла; 32 - теплоизоляция; 23 - рама; 21 - нижняя часть корпуса предназначенная для стыковки элементов системы охлаждения ОЭП с СТР КА.

Как видно из представленных фигур, предложенный многоканальный блок ОЭП отличается от прототипа:

- наличием связи системы охлаждения с системой терморегулирования КА по средствам крепления теплоотвода с КА на внешнюю сторону корпуса блока - 21, расположенную с обратной стороны фокального узла и параллельно ему;

- наличием объединенного оптического основания без гидротракта - 8, имеющего зону охлаждения - 30, расположенную с обратной стороны плоскости установки матриц ФПЗС - 17 и параллельно ей;

- наличием теплоизоляции фокального узла от электронных ячеек блока - 22, расположенных на раме - 23;

- наличием теплоотводов системы охлаждения ОЭП - 20.

Кроме того, возможны конструктивные варианты многоканального блока ОЭП, при которых:

- применять в роли теплоотвода с матриц ФПЗС и электронных ячеек блока тепловые трубы, что позволит обеспечить эффективное охлаждение удаленных электронных компонентов от внешней стороны корпуса блока, на котором крепится теплоотвод СТР КА;

- теплоотводы с матриц ФПЗС и электронных ячеек блока механически соединены с тепловыми аккумуляторами, что позволит обеспечить снижение пиковых температур охлаждаемых узлов при цикличной работе аппаратуры;

- теплоотводы с матриц ФПЗС и электронных ячеек блока механически соединены с элементами Пельтье, что позволит обеспечить управление температурным режимом охлаждаемых узлов.

Таким образом, предлагаемый многоканальный блок ОЭП позволяет:

- обеспечить возможность применения ОЭП на КА с любым типом СТР, благодаря введению крепления теплоотвода с КА на внешнюю сторону корпуса блока, расположенную с обратной стороны фокального узла и параллельно ему.

- обеспечить равномерное распределение температуры плоскости установки матриц ФПЗС, благодаря введению объединенного оптического основания без гидротракта, имеющее зону охлаждения, расположенную с обратной стороны плоскости установки матриц ФПЗС и параллельно ей;

- обеспечить минимизацию нагрева матриц ФПЗС электронными ячейками блока, благодаря введению теплоизоляции фокального узла от электронных ячеек блока;

- обеспечить эффективное охлаждение удаленных электронных компонентов от основания или корпуса, на котором крепится теплоотвод СТР КА, благодаря введению тепловых труб;

- обеспечить снижение пиковых температур охлаждаемых узлов при цикличной работе аппаратуры, благодаря введению тепловых аккумуляторов, механически соединенных с тепловыми трубами;

- обеспечить управление температурным режимом охлаждаемых узлов, благодаря введению элементов Пельтье, механически соединенных с тепловыми трубами.

Источники информации

1. «Многоканальный интегральный блок оптико-электронного преобразования». Кузьмичев A.M., Жевако В.В., Бакланов А.И. RU 246968 C1, 04.05.2011.

Изобретение относится к оптико-электронным системам дистанционного зондирования подстилающей поверхности, и в частности к бортовым оптическим комплексам дистанционного зондирования Земли космических летательных аппаратов. Многоканальный блок содержит фокальный узел, на оптическом основании которого установлены матрицы фотоприемников с зарядовой связью и ячеечный узел, на раме которого располагаются электронные ячейки. Многоканальный блок имеет систему охлаждения, связанную с системой терморегулирования космического аппарата. Связь системы охлаждения с системой терморегулирования космического аппарата осуществляется креплением теплоотвода на внешнюю сторону корпуса блока, расположенную с обратной стороны фокального узла и параллельно ему. Технический результат - обеспечение равномерного температурного поля оптического основания и минимизацию его нагрева электронными ячейками блока; снижения массы и габаритов блока; упрощения регулировки и испытаний блока. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многоканальный блок оптико-электронного преобразования, содержащий фокальный узел, на оптическом основании которого установлены матрицы фотоприемников с зарядовой связью (ФПЗС) и ячеечный узел, на раме которого располагаются электронные ячейки, имеющий систему охлаждения, связанную с системой терморегулирования (СТР) космического аппарата (КА), отличающийся тем, что связь системы охлаждения с СТР КА осуществляется креплением теплоотвода на внешнюю сторону корпуса блока, расположенную с обратной стороны фокального узла и параллельно ему.

2. Многоканальный блок оптико-электронного преобразования по пункту 1, отличающийся тем, что теплоотводы от матриц ФПЗС, электронных ячеек блока и узлов, в которых они расположены, теплоизолированы друг от друга.

3. Многоканальный блок оптико-электронного преобразования по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для теплоотвода применены тепловые трубы.

4. Многоканальный блок оптико-электронного преобразования по пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что тепловые трубы механически соединены с тепловыми аккумуляторами.

5. Многоканальный блок оптико-электронного преобразования по пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что тепловые трубы механически соединены с элементами Пельтье.