Thermal design and flight verification of a cryogenic infrared camera

随着卫星星座的快速发展, 对小型化, 高灵敏度红外相机的需求日益迫切. 低温光学是提升红外探测灵敏度的有效手段, 在此背景下具有重要意义. 研制了一款寄生式低温光学红外感知相机, 其光学系统和探测器为集成式设计, 同时在低温下工作. 由于整个光学组件与探测器均需冷却至80K, 相机所需制冷量为1.75W, 较仅冷却探测器的方案显著增加, 导致制冷机功耗上升, 散热量增大, 对相机热设计提出了更高要求. 针对该问题, 相机内部采用了光—机—热一体化设计, 通过隔热优化降低制冷负荷, 并确保光学系统内部温差小于1K. 在散热方面, 重点对制冷机压缩机及冷指热端进行了热设计, 所需辐冷板散热面积为0.25m². 在轨测试结果表明:当制冷机输入功率为36W时, 探测器和光学系统温度能够降温至80K, 且内部温差小于0.5K. 压缩机与冷指热端温度分别为278.84K和279.72K, 满足制冷机长期运行对环境温度的要求. 经过一年在轨测试, 相机热控性能未发生衰减, 成像功能稳定, 热控设计满足任务需求, 为后续集成低温光学的空间红外相机热设计提供参考.