航天科技五院508所为高分七号相机撑起8年遮阳伞

中国航天报消息:喜爱摄影的人都知道,相机镜头前往往配备一个花瓣形或者圆柱形物件,这就是相机的遮光罩。有时候在逆光或侧逆光拍摄时,照片画面色彩暗淡或出现耀斑,像蒙上了一层薄雾,就是因为没使用遮光罩。

如今,这项技术用到了遥感卫星的对地观测相机上。11月3日,由航天科技集团五院508所研制的高分七号卫星双线阵相机的前视相机可展开遮光罩在轨顺利展开。自此,我国首个应用到空间遥感相机上的可展开遮光罩开始工作了。

自动展开的“遮阳伞”

高分七号卫星的主载荷是双线阵相机,由前、后视相机组成,在轨运行过程中,太阳光直接从入光口照射到前视相机镜头内部,影响相机成像质量。因此,需要设计遮光罩,对相机入光口进行遮挡。

如果仅仅是设计一个遮光罩,对于设计师而言还不是特别困难,难就难在遮光罩要设计成可自动展开式。

这是因为高分七号相机需要将传统的刚性固定遮光罩延长600毫米,以避免在轨太阳直射产生的温度波动。

但由于发射资源限制,运载火箭的整流罩空间已无法承受遮光罩长度的增加。因此,必须将延长的部分设计成可展开的,在相机发射入轨前折叠收拢,入轨后自动展开。

带着这一难题,研制团队不断摸索,最终找到了“豆荚杆”。“豆荚杆”是铍青铜材质的,有很突出的优点。

首先,它是反复上天的“老江湖”,在航天器中多次用到,空间环境适应性好;其次,它弹性储能高,也就是说,一旦解除它的束缚力,会立即回复平直状态。

在发射阶段,可展开遮光罩是收拢的,在太空中它如何展开呢?聪明的设计师采用了降落伞回收用到的绳系技术。遮光罩折叠后,用绳子捆扎固定,需要展开时,用火工切割器将锁紧绳切断,锁定状态被解除,遮光罩便自动展开。

与传统的空间展开机构相比,“豆荚杆”的展开是自动式的,它无需外部能量驱动,省去了电机等驱动元件。此外,遮光罩展开装置驱动机构的横截面就像“豆荚”的空腔杆,壁厚仅0.13毫米,在满足高展开可靠性的基础上大大降低了结构重量。

为了让地面工作人员及时获得遮光罩成功展开的消息,设计师在遮光罩上安装了一个遥测装置。由于“豆荚杆”内部有空腔,研制团队在其两端设计了发光和接收电路,当遮光罩展直后,一端发射出近红外光,另一端感受到光信号后,输出遥测电信号,地面收到信号后,就能长舒一口气:遮光罩已经顺利展开了。

为你遮挡8年太阳光

除了要设计成自动展开式,遮光罩罩体材质要求也很苛刻,它需要经受空间恶劣环境的侵蚀,还要配合卫星的设计寿命,至少在8年的时间内持续给相机提供遮光服务。这就对材质提出了苛刻要求。

遮光罩的罩体是能够在空间环境下起到遮光作用的蒙皮罩体,由3块独立又有搭接的蒙皮组成。这类材料借鉴了神舟飞船降落伞技术,但又有别于降落伞与气囊为主的传统特纺材料。

神舟系列飞船的降落伞材料久经沙场,难道也不能满足这个遮光罩的太空使用要求?答案是:的确不能。

虽然它们也经历过空间环境,但是安装位置都是在返回舱内部,有厚厚的返回舱壁保护,隔绝了大部分空间环境的侵蚀。

而遮光罩的蒙皮罩体,是需要直接暴露在空间环境中的柔性材料,除了面临热环境的考核外,还必须要经受住在轨8年来自紫外辐照、粒子辐照以及原子氧腐蚀等的影响。此外,遮光罩的蒙皮还得满足遮光和表面吸收率等功能要求。

研制团队经过大量论证,最终将蒙皮材料设计为多层复合薄膜结构,仅0.25毫米厚的蒙皮材料包括了5个功能层,当厚度足够小时,蒙皮自由折叠后不会发生塑性变形,空间环境下在极小的外力作用下即可实现展开。

如今,高分七号相机的可展开遮光罩已经正式进入服役时间,它加装在相机外部,重量仅有2.7公斤,在高分七号卫星在轨工作8年中,为相机撑起一把遮阳伞。

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