Page 66 - 《真空与低温》2026年第2期

桂利佳等：空间光学载荷 CCD 组件辐射制冷精密温控设计及验证 185

1.2 温度指标要求 此壳体控温策略侧重于维持平均温度水平，而非抑
为满足探测仪工作性能，探测器壳体需要维 制短时波动。
持 20 ℃±10 ℃ 的工作温度，以保证内部的探测电 为降低探测器背景热噪声，需要将 CCD 芯片
路最佳工作性能及可靠性 [8-9] 。需要特别说明的是， 控制在较低的温度。由于所选用探测器为非制冷
该温度指标的核心在于控制结构热变形：20 ℃ 为 型 CCD（不带 TEC 制冷），热控子系统需采用辐射
装配环境基准温度，±10 ℃ 表示允许的长期温度漂 制冷方式对探测器模块进行降温，并为高精度探测
[10]
移范围，而非轨道周期性波动要求；壳体与光学基 仪保证工作温度的稳定性 。各部组件具体温控
准的相对稳定性是确保光谱仪成像质量的关键，因 要求如表 2 所列。

表 2 主要部件温度指标要求
Tab. 2 Requirements for temperature indicators of major components
序号 名称 在轨工作温度要求 入轨初期温度要求 在轨存储 加热去污
1 探测器壳体温度/℃ 20±10 > −10 −20～50 −10～30
工作温度≤ −30
2 CCD 芯片温度/℃ > −45 > −45 25～30
温度波动：±0.05 ℃/轨

2 热控设计方案 如图 4、图 5 所示。

2.1 CCD 组件散热面设计
热量收集板
（1）由于载荷的+Y 侧有其他载荷的遮挡，无法 +Y散热板
直接作为散热面，因此在星体载荷舱+Y 侧桁架上
布局臭氧探测仪 CCD 散热板 0.36 m （简称+Y 散热
2
X
板），作为 CCD 芯片的专用散热面，以实现芯片温
度≤−30 ℃ 的控温目标； 低温热管 Y
Z 对地散热板
（2）CCD 芯片与探测器壳体（含电路板）热隔
离，构建独立散热路径。芯片经柔性石墨膜-热管 图 3 散热面设计示意图
连接至+Y 面散热板，利用背阳面稳定外热流实现 Fig. 3 Diagram of cooling surface
精密控温；壳体及电路板通过对地散热板散热，依
托大热容抑制轨道周期波动。该“分而治之”的设 导热硅脂
计实现散热资源优化配置：稳定热流用于精密控温，
（探测窗口留出） 加热去污
波动热流用于结构件温控，既满足 CCD 芯片±0.05 ℃/ 铜块及CCD芯片 精密控温 加热器
轨要求，又兼顾壳体 20 ℃±10 ℃ 结构变形控制 整体包多层 加热器
需求。
（3）单个探测器电路板热耗 11 W，双通道共
2
22 W，均通过对地散热板（0.25 m ）实现 10～30 ℃
图 4 CCD 芯片热控设计示意图
温控目标。电路板温度维持偏低水平，可有效减小
Fig. 4 Thermal control design diagram of CCD chip
向 CCD 芯片的寄生漏热，保障芯片低温稳定性。
散热面布局如图 3 所示。 （2）热量收集板与+Y 散热板间约 2 m 直线距
2.2 散热路径设计 离，通过两路长热管实现热量收集板与+Y 散热板
（1）CCD 芯片通过约 80 根铜针与探测器电路 间的良好导热连接，热管沿途设计安装支架与星体
板连接，CCD 芯片背面导热安装于热沉铜块上，热 隔热安装；热量收集板内外表面均包覆多层隔热组
沉铜块隔热安装于探测器壳体内，除安装接触面外 件，防止引入漏热；
均包覆多层隔热组件，再将热沉铜块上的热量传 （3）电路板与探测器壳体导热接触，热量通过
输至热量收集板上。为了避免连接应力给 CCD 的 壳体向对地散热板传输，为了使导热接触良好，以
探测精度带来不利影响，热沉到热量收集板间的 避免安装应力对探测器壳体的安装精度影响，此处
传热不用热管，而是采用柔性石墨膜导热带连接， 也采用柔性石墨膜导热带连接；