Page 65 - 《真空与低温》2026年第2期

184 真空与低温 第 32 卷 第 2 期

0 引言 组件等。光谱仪组件与 CCD 组件集成一个探测通
道，共有可见光通道、紫外探通道两个探测通道。
紫外高光谱臭氧总量探测仪是风云三号气
其结构如图 2 所示。
象卫星搭载的大气痕量气体探测仪器，通过观测

大气紫外-可见光波段太阳后向散射，反演得到全
球臭氧、二氧化硫和二氧化氮总量以及气溶胶定
量和定性产品，并进行星下点臭氧廓线的探测。该
可见光探测组件
仪器与 01 批和 02 批紫外臭氧总量探测仪相比是
全新的仪器，首次采用连续光谱观测，探测光谱
范围、光谱分辨率和空间分辨率均有大幅度的
提升 [1-2] 。
紫外探测组件
为确保臭氧总量探测绝对精度优于 2%，CCD
探测器需在−30 ℃ 以下低温运行以降低背景噪声，
同时温度稳定性须优于±0.05 ℃，以抑制暗电流波
动（0.05 ℃ 变化可引起 3%～5% 暗电流差异）和定
标源偏差，保障辐射定标精度优于 1%～2% 及数据
图 1 臭氧总量探测仪光机头部结构示意图
可比性。但本载荷所选用探测器为非制冷型 CCD， Fig. 1 Structural composition Diagram of the total
以上苛刻的温度指标需要通过热控设计为其创造 Ozone detector

稳定的低温散热路径。
本载荷仪器采用面阵 CCD 作为探测器，其由
众多像素势阱构成的结构特性决定了其对空间环 可见光通道CCD组件 紫外通道CCD组件
境尤为敏感，其中热应力对 CCD 组件的影响尤为
致命。因此热控设计需在满足−30 ℃ 低温工作要
求的前提下，尽量减少机械应力接触，并遵循可靠、
简单的原则 [3-5] 。在空间真空环境下，热控系统仅依
赖传导与辐射传热，散热效率显著受限；加之 CCD
图 2 探测仪 CCD 组件布局示意图
组件工作温度需低于−30 ℃，而周围光学器件温度
Fig. 2 Detector CCD component layout diagram
达 20 ℃，这对热阻控制提出了严苛要求，必须采用
柔性连接与精密控温耦合设计 [6-7] 。 探测组件的发热部件在探测器电路板、CCD
芯片上，电路板工作时功耗波动 11～12 W，CCD 芯
1 臭氧探测仪简介
片功耗 1 W。待机模式与观测模式都是开机探测
1.1 构型及热耗分布 的，只不过待机模式后端不处理成像，后端信息处
臭氧探测仪外形如图 1 所示，探测头部有定标 理的功耗有差别，芯片的功耗相同。各工作模式下
组件、望远镜组件、光谱仪组件和 CCD 组件、热控 的热耗如表 1 所列。

表 1 CCD 组件热耗分布列表
Tab. 1 Heat consumption distribution of CCD components

待机模式功率/W 观测模式功率/W 定标模式功率/W 在轨储存功率/W
组件名称 部件名称
峰值 平均 峰值 平均 峰值 平均 峰值 平均
探测器电路板 11 11 12 11 12 11 0 0
紫外探测器
CCD 芯片 1 1 1 1 1 1 0 0
探测器电路板 11 11 12 11 12 11 0 0
可见光探测器
CCD 芯片 1 1 1 1 1 1 0 0
合计 24 24 26 24 26 24 0 0