一种低温深冷热管的安装方法及低能探测器的装配方法与流程

本发明涉及低能探测器热控技术领域，特别涉及一种低温深冷热管的安装方法及低能探测器的装配方法。

背景技术：

le（low-energy）热控对于低能x射线望远镜是一项非常重要的关键技术，其意义在于热控保证le探测器scd正常工作所需要的低温，保证scd入轨后加热避免污染问题，还保证le探测器机箱电子学较高的启动温度。scd探测器在低温-80℃~-45℃范围内性能良好而且稳定，当温度超过-45℃，暗电流会明显增加，探测器能量分辨变差。scd封装不是完全封闭，而scd对污染物比较敏感，需要通过热控保证scd在卫星入轨后首先加热，避免因为低温而吸附污染物。le探测器下机箱由于采取了辐射散热处理，在卫星入轨后其温度会低于电子学的最低启动温度（-40℃），需要通过热控保证电子学启动温度大于-40℃。

热控技术难点在于：1、轨道外热流环境恶劣：首先，le探测器布局在星外，其低温要求-80℃~-45℃对外热流变化十分敏感，而hxmt卫星选取的轨道高度仅550km，载荷在观测器件所受到的地球红外以及反照外热流情况恶劣，特别是地球红外热流。目前，国外同类x射线天文卫星大多7000km以上的高轨道来避免地球红外以及反照外热流的影响，或者采用对探测器局部热电制冷的主动制冷实现探测器的低温要求。在hxmt卫星目前仅能采用被动辐射散热热控措施的情况下，对le低温要求的热控设计非常困难。

2、多载荷一体安装布局：对于hxmt卫星有效载荷，其为了保证探测器精度要求将不同温度要求的he、me和le探测器均集中安装在同一个主支撑结构上，最大温度指标要求差异达到70℃。多载荷一体安装布局使得不同温度要求的载荷间热耦合很强，而在满足结构强度和刚度的前提下，能实现的隔热措施有限，这对he、me和le三类探测器同时满足温度要求提出了更大的难度。

3、轨道外热流变化极其复杂：hxmt卫星主要有两种工作模式，即巡天观测模式和定点观测模式，这两种模式在卫星整个寿命期间所占的比例约各为50%。卫星在该两种工作模式下姿态变化多样，载荷受到的外热流变化相当复杂，特别是对于定点观测模式，其依据观测器目标的观测时间可长达几天，存在le所受地球红外以及反照外热流很恶劣的情况。同时，hxmt卫星采用了国内卫星少用的倾斜轨道，β角在轨变化范围在120°以上，更增加了le所受到地球红外以及反照外热流的复杂情况。这些都对热控设计提出了更高的要求。

4、有效载荷温度稳定性要求：le探测器是在星外处于一种近似外露的状态，在hxmt卫星的复杂外热流状态下，如果不采取有效的热控措施，必然会导致le探测器的温度波动超过所要求的温度范围。

5、探测器和电子学加热要求：le探测器在卫星入轨后需要通过加热保证其温度高于周围其它部件温度，在其它部件污染物挥发时不会吸附于le探测器上。由于le探测器本身进行了良好的导热和散热热控措施，其温度正常工作时低于周围其它部件的温度。如果需要加热le探测器使其温度偏高则需要较高的功耗，同时需要加热带尽量靠近探测器。le探测器下机箱外壁目前有辐射散热涂层，起到辅助散热功能，减轻对探测器上机箱漏热。但是le探测器下机箱电子学需要在-40℃以上才能正常开机工作，所以需要预先加热。这些都为le热控带来很大的困难，需要多方面协调才能满足要求。

6、低温热管：目前的方案里主要的导热依靠热管，但是目前低温热管（低于-60℃）没有上天经验，没有可靠的成熟产品，需要通过攻关解决低温热管的导热能力和可靠性问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低温深冷热管的安装方法及低能探测器的装配方法，从而克服现有技术的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种低温深冷热管的安装方法，该低温深冷热管的安装方法包括如下步骤：

在热管充液前，将热管与遮光罩和安装板试装，并对不满足装配要求的热管部分进行修配，其中，热管至少包括u型热管和l型热管；

将u型热管和l型热管的垂直端配合安装到遮光罩的内表面，遮光罩的外表面粘贴二次表面镜涂层（osr）片；

对热管进行充液，首先与非标螺母粘贴，要保证粘贴的强度和孔位对正，粘贴完成后要留有足够的固化时间，完全固化后再进行后续的装配；

在热管、遮光罩和安装板装配完成后，进行除胶；

在安装完所有热管之后，安装准直器；

在安装完遮光罩之后，拧紧遮光罩栅格加强筋、安装板与热管及准直器之间的连接螺钉；

安装所有上表面零件之后，将上机箱翻转固定后，安装减震垫、探测器和探测器压框；以及

探测器压框安装完成后，在探测器压框的一侧粘贴防污染加热片，防污染加热片的引线从安装板通孔穿过，从遮光罩下部视窗孔甩出；

其中，机箱位于安装基座中，机箱与安装基座通过安装板吊装螺钉孔实现紧固。

优选地，上述技术方案中，低温深冷热管的安装方法包括如下步骤：安装探测器压框之后进行热实施，进行热实施之后安装上机箱封盖，其中，挠性电路板从上机箱封盖的方孔中引出；以及上机箱安装完成后，将上机箱固定于安装基座上；其中，上机箱的所有安装螺钉在最终装配时均涂有防松胶。

优选地，上述技术方案中，其中，遮光罩的内表面、安装板的一侧、u型和l型热管上粘贴有热敏电阻。

优选地，上述技术方案中，其中，遮光罩内表面为黑色阳极氧化层。

优选地，上述技术方案中，其中，遮光罩顶部设置有保护盖，保护盖是弹性材料。

本发明还提供了一种低能探测器的装配方法，该低能探测器的装配方法包括如下步骤：

利用如前述的安装方法安装带有热管的低能探测器上机箱；

安装低能探测器下机箱；

将低能探测器下机箱安装于主结构上板的下表面；

将异形隔热垫圈放置在主结构上板沉孔内；

吊装低能探测器上机箱直到距离低能探测器上机箱与主结构上板之间具有一定距离；

将挠性电路板通过低能探测器下机箱封盖的插槽孔与低能探测器下机箱的电子学相连，将挠性电路板与低能探测器下机箱封盖表面用胶带固定；

启动吊具以下降低能探测器上机箱，并固定连接低能探测器下机箱以及低能探测器上机箱；以及

安装挡块，完成低能探测器的安装。

优选地，上述技术方案中，其中，低能探测器下机箱是通过以下步骤安装的：在低能探测器下机箱的外表面粘贴加热片并连线；对低能探测器下机箱进行整体装配；以及装配完成后实施热敏电阻。

优选地，上述技术方案中，其中，低能探测器下机箱是通过以下步骤安装的：在低能探测器下机箱的外表面粘贴加热片并连线；粘贴加热片之后喷白漆；喷白漆后，对零件外表面进行保护处理；将低能探测器下机箱进行电装；对电装后的低能探测器下机箱进行整体装配；以及装配完成后实施热敏电阻。

与现有技术相比，本发明的低温深冷热管的安装方法及低能探测器的装配方法具有如下有益效果：针对hxmt卫星各有效载荷温度指标跨度大且一体结构安装、外热流恶劣及变化复杂的热控设计难点，结合le的结构布局特点，并依据分析计算结果，制定了本发明的有效载荷热控总体设计思路：对于安装于载荷主结构上板的le，其直接暴露于星外，在其与he隔热措施的基础上，再利用其遮光罩和电子机箱外壳作为散热面来辐射制冷，同时在le相接触的主结构上增加散热面以降低le安装区域的基准温度，来实现le的低温要求。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是根据本发明的一实施例的低能探测器的整体结构示意图；

图2是根据本发明的一实施例的热管以及安装板的内部结构示意图；

图3是根据本发明的一实施例的遮光罩的结构示意图；

图4是根据本发明的一实施例的低温深冷热管的安装方法的方法流程图；

图5是根据本发明的一实施例的低能探测器的装配方法的方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了方便理解本申请的技术方案，首先需要介绍带有热管的低能探测器的机构设计。图1是根据本发明的一实施例的低能探测器的整体结构示意图；图2是根据本发明的一实施例的热管以及安装板的内部结构示意图；图3是根据本发明的一实施例的遮光罩的结构示意图。如图1-3所示，超低温低能探测器的热控结构包括：低能探测器下机箱101；低能探测器上机箱，低能探测器上机箱包括安装板102以及固定连接在安装板上的遮光罩103，其中，安装板上开设有用于容纳准直器和探测器的开槽，开槽由多个分隔棱201分隔开；探测器202，探测器固定安装在安装板的开槽内；准直器，准直器安装在开槽内，并且准直器叠放在探测器之上；模拟上板104，安装板固定在模拟上板上，并且模拟上板将低能探测器下机箱和低能探测器上机箱分隔开；u型热管105，u型热管的u型底部均匀铺设在分隔棱上，u型热管向上延伸的两端沿着遮光罩内壁延伸；以及l型热管106，l型热管的一端均匀铺设在分隔棱上，l型热管向上延伸的一端沿着遮光罩内壁延伸。其中，安装板与遮光罩通过多个螺钉固定连接，在螺钉与安装板的接触面之间设置有聚酰亚胺隔热垫107。挡块108，挡块呈l形，挡块的一端通过螺钉与模拟上板固定连接，挡块的另一端通过螺钉与安装板的侧边固定连接。

其中，遮光罩的内表面经过黑色阳极氧化处理，遮光罩的外表面设置有二次表面镜。其中，遮光罩还包括：栅格加强筋301，栅格加强筋固定在遮光罩的侧壁上；热敏电阻，热敏电阻贴附在遮光罩的内表面上；全天检测视窗孔302，全天检测视窗孔开设在遮光罩的一侧。准直器设置有多个，并且准直器是长准直器或者短准直器，其中，多个准直器中有一个准直器是短准直器。其中，安装板与遮光罩通过多个螺钉固定连接，在螺钉与安装板的接触面之间设置有聚酰亚胺隔热垫107。超低温低能探测器的热控结构包括：挡块108，挡块呈l形，挡块的一端通过螺钉与模拟上板固定连接，挡块的另一端通过螺钉与安装板的侧边固定连接。低能探测器下机箱外表面涂有白漆。

图4是根据本发明的一实施例的低温深冷热管的安装方法的方法流程图，如图所示，该安装方法包括：

步骤401：在热管充液前，将热管与遮光罩和安装板试装，并对不满足装配要求的热管部分进行修配，其中，热管至少包括u型热管和l型热管；

步骤402：将u型热管和l型热管的垂直端配合安装到遮光罩的内表面，遮光罩的外表面粘贴二次表面镜涂层（osr）片；

步骤403：对热管进行充液，首先与非标螺母粘贴，要保证粘贴的强度和孔位对正，粘贴完成后要留有足够的固化时间，完全固化后再进行后续的装配；

步骤404：在热管、遮光罩和安装板装配完成后，进行除胶；

步骤405：在安装完所有热管之后，安装准直器；

步骤406：在安装完遮光罩之后，拧紧遮光罩栅格加强筋、安装板与热管及准直器之间的连接螺钉；

步骤407：安装所有上表面零件之后，将上机箱翻转固定后，安装减震垫、探测器和探测器压框；以及

步骤408：探测器压框安装完成后，在探测器压框的一侧粘贴防污染加热片，防污染加热片的引线从安装板通孔穿过，从遮光罩下部视窗孔甩出；

其中，机箱位于安装基座中，机箱与安装基座通过安装板吊装螺钉孔实现紧固。

图5是根据本发明的一实施例的低能探测器的装配方法的方法流程图，如图所示，该安装方法包括：

步骤501：利用如前述的安装方法安装带有热管的低能探测器上机箱；

步骤502：安装低能探测器下机箱；

步骤503：将低能探测器下机箱安装于主结构上板的下表面；

步骤504：将异形隔热垫圈放置在主结构上板沉孔内；

步骤505：吊装低能探测器上机箱直到距离低能探测器上机箱与主结构上板之间具有一定距离；

步骤506：将挠性电路板通过低能探测器下机箱封盖的插槽孔与低能探测器下机箱的电子学相连，将挠性电路板与低能探测器下机箱封盖表面用胶带固定；

步骤507：启动吊具以下降低能探测器上机箱，并固定连接低能探测器下机箱以及低能探测器上机箱；以及

步骤508：安装挡块，完成低能探测器的安装。

以下介绍一种安装方法的具体实施方式。首先安装上机箱：热管充液前，必须与遮光罩和安装板试装，不满足装配要求的地方热管要进行修配，同时记录相应修配尺寸；遮光罩内表面与u型和l型热管垂直端配合安装，外表面粘贴osr片，osr片粘贴完成后，要采取保护措施；热管充液后首先与非标螺母粘贴，要保证粘贴的强度和孔位对正，粘贴完成后要留有足够的固化时间，完全固化后再进行后续的装配；遮光罩内表面、安装板+x侧、u型和l型热管都需要粘贴热敏电阻；遮光罩内表面为黑色阳极氧化；热管、遮光罩和安装板装配完成后,要进行除胶等清理工作；由于准直器顶面遮光膜易破，热管与准直器的安装空间比较狭小，所以要装完所有热管后再安装准直器，安装时要注意对准直器的保护；遮光罩栅格加强筋、安装板与热管及准直器的连接螺钉，都是在装完遮光罩后实施，所以需要设计加长转接杆，引出后才能拧紧。要注意加长杆对原有额定力矩的补偿，如受空间限制无法用力矩扳手拧紧，允许根据经验用普通扳手拧紧；安装板上表面所有零部件安装完成后，将上机箱翻转固定后，安装减震垫、探测器和探测器压框。由于低能探测器是直接裸露的，其拿取、安装等操作必须采取防静电措施，必须戴手套，操作过程中一定要小心轻放，防止磕碰，防止污染。由于探测器下端焊接有挠性电路板，所以在将探测器压框固定于安装板上时，一定要小心谨慎，在安装过程中一定要避免压弯插针等状况发生；探测器压框安装完成后，在探测器亚框-x侧粘贴防污染加热片，引线从安装板φ6通孔穿过，从遮光罩下部视窗孔甩出。防污染加热片先在工装上整体焊接完成后，再粘贴至探测器压框-x侧；由于安装过程中需要对机箱进行多次翻转，为保证安装的稳定性，同时保护已安装完成的零部件，需要设计安装基座，利用安装板吊装螺钉孔实现紧固，注意翻转后遮光罩的高度尺寸，要留有足够的空间；遮光罩顶部要设计保护盖，防止在搬运，存放或运输过程中灰尘或异物对准直器、探测器等结构的损坏。保护盖要有弹性，不能在搬运过程中轻易掉落，不能对热管和osr片造成损坏；探测器压框安装后进行热实施，之后安装上机箱封盖，挠性电路板从上机箱封盖的方孔中引出。为防止挠性电路板在震动和冲击时焊点开裂等现象发生，挠性电路板要与上机箱封盖-x侧固定；上机箱封盖-x侧包覆多层，注意为挠性电路板的安装留空间；上机箱安装完成后固定于安装基座上，要保护挠性电路板的甩线，绑扎或固定；上机箱所有安装螺钉，在最终装配时都要涂ms防松胶。上机箱测量完成后，将保护盖盖好，放入包装箱。

然后安装下机箱：下机箱外表面要粘贴加热片并连线；实施加热片后喷白漆，喷白漆后要对零件外表面进行保护；之后要将下机箱每一层拿去电装，安装所有电路板和接插件（高能所完成）；电装后下机箱整体装配；装配完成后实施热敏电阻。

然后组装低能探测器：首先将低能探测器下机箱安装于主结构上板的下表面，安装过程中注意对白漆和热控电缆的保护；放置异形隔热垫圈在主结构上板沉孔内，所有隔热垫六角形长边与低能探测器上机箱长边一致；然后吊装低能探测器上机箱，距离上板到手能伸入的空间，保持吊具的稳定；将挠性电路板通过下机箱封盖的插槽孔与下层机箱的电子学相连，连接后为防止挠性电路板在震动和冲击时焊点开裂等现象发生，将挠性电路板与下机箱封盖表面用3m胶带固定；启动吊具，下降低能探测器上机箱，调整位置使隔热垫六角形与上机箱安装板六角形孔对正放入，安装直桶形隔热垫、非标垫片和m6螺钉，螺钉交叉、对称，均匀拧紧；安装12个挡块，低能探测器与望远镜即安装完成。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。