比辐射星上定标器结构设计及有限元分析

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空间遥感器是空间对地观测，获取地表信息、大气信息的主要遥感设备。遥感器的应用以定量化的数据为基础，这就需要对其进行定标≌间遥感器的辐射定标-般有 3个过程，即发射前定标、星上定标和在轨替代定标lI。遥感设备在轨运行期间受到周围环境以及元器件老化的影响，本身的性能也将随之发生改变，星上定标作为在轨校正遥感数据的有效手段，已被广泛用于航天载荷。其中以太阳作为高度稳定的光源，漫反射板导人太阳光作为参考光源的定标方式已成为星上定标的重要技术手段目。

比辐射星上定标器主要部件包括太阳漫反射板和比辐射计，其中太阳漫反射板的空间位置精度将直接影响空间遥感器在轨定标精度，因此合理的定标器结构设计是保证在轨定标精度的关键。定标器在运输及火箭发射过程中力学条件都相当苛刻，可能随时会对定标器造成结构性损坏，如导致元器件损伤，光学元件及粘胶环节发生破坏或断裂等，使仪器发生故障，并导致星上载荷的光学传递函数下降甚至无法成像等l引。因此定标器不仅要满足光路结构和外形尺寸要求，在轻量化减少发射成本的同时也要保证高的可靠性。定标要求太阳漫反射板发射前后绝对位置变动小于 0.5mm。

针对比辐射星上定标器结构设计的要求，设计了以铝合金2AI2T4为材料的比辐射星上定标器，并通过有限元软件模拟航天力学条件，验证了设计的合理性。

2定标器工作原理比辐射计定标器是采用漫反射板导人太阳光作为定标光源对星上遥感器进行定标 ，同时利用比辐射计监测漫反射板受时间及空间环境影响的变化。定标原理，如图 I所示。舱门关闭时星载遥感器和比辐射计观测漫反射板，得到遥感器和比辐射计的背景响应。门开角度 a时，太阳光透过门缝直接照亮比辐射计，此时漫反射板未被照亮，得到比辐射计对太阳的响应。门开角度 b时，太阳光照亮漫反射板，门缝错开，得到星载遥感器和比辐射计对漫反射板的响应，最后关闭舱门，定标过程结束。整个定标过程的完成需要可靠地结构设计作为保证。

来稿日期：2012-07-04基金项目：国家高技术研究发展计Stl(863)；遥感卫星定标技术研究(2008AA121203)作者简介：徐 骏，(1986-)，男，江苏丹阳人，博士研究生，主要研究方向：精密仪器研究；郑小兵，(1969-)，男，安徽合肥人，研究员，博士生导师，主要研究方向：光辐射精密测量研究NO.5Mav.20l3 机械 设 计 与制 造 39移响应最大值 0.315mm为 node164438位于漫反射板支撑架左下侧边缘处，取最大值点及两测试点绘制位移响应谱曲线如图8(b)所示。图 7(c)可 以看出应力响应最大值 39.299MPa为nodel22097位于漫反射板支撑架的左上角凹槽边缘处 ，取最大值点及两测试点绘制应力响应谱曲线如图8(c)所示。图7(d)可以看出速度响应最大值 435.230mrn/s为 node162660位于漫反射板支撑架边缘压片处，取最大值点及两测试点绘制的速度响应谱曲线，如图 8(d)所示。

m 10苫m 兰l0∞ l0Frequency(tz)(a)加速度响应谱0 10 l0Fquency(Hz)(b)位移响应谱0。 10 10 1(r 10 100 10 10Fqueney(Hz J Frequency(Hz)(C)应力响应谱 (d)速度响应谱图8 向激励下测试点及最大值点响应谱Fig.8 Response Values of Test Points and MaximumPoint Excited on X Direction从图 8中可以看出测试点及最大值点的加速度、位移、速度谱线在输入激励频率为 205Hz和 280Hz附近出现两次较大的峰值，应力谱线在183Hz和298Hz附近出现两次较大峰值，都位于定标箱前6阶固有频率附近。当激励频率超过300Hz，加速度、位移 、应力 、速度的响应都随着频率的增大迅速衰减，最大响应值均出现在低频范围内。加速度最大响应点的 RMS值为 61.182g，输入激励的 RMS值为 11.106g，放大倍数为 5.5小于 10，最大应力66.142MPa小于铝合金屈服应力 325MPa，最大位移 0.315mm小于0.5ram，满足设计要求。

从以上分析可以看出空间遥感定标器箱体在加速度过载、固有频率和随机振动条件下都满足设计要求。

5结论根据空间遥感器星上定标要求设计了星上在轨比辐射定标器，介绍了定标器的组成并详细描述了定标器的工作原理、结构设计，利用ANSYS Workbench对星上定标器结构进行了力学仿真分析，得到了系统在加速度过载和随机振动条件下的加速度 、位移、应力、速度等相应特性，并且给出系统的前 6阶模态及振型♂果表明定标器在外形尺寸、形状、重量上满足设计要求，定标器上关键测试点及最大响应点的加速度放大倍数、应力、最大形变量都满足设计要求。目前定标器已完成实验室光学性能测试，基本满足设计要求。下-步工作将对该定标器进行环境力学实验，将所得的数据与仿真结果比较以验证仿真结论的准确性，为以后的设计和仿真积累经验。