国外红外地球敏感器的发展现状

法国

索德恩是法国著名的星敏感器和红外地球敏感器制造商。STD15和STD16是两种典型的动态双锥扫描地球敏感器。

STD15从191开始应用于TC2系列、HIS2PASAT系列、Hotbird系列、WORLDSTAR系列、N ILESAT系列等卫星,主要应用于静止轨道卫星。STD16主要应用于近地轨道的各类卫星,已应用于SPOT 4、SPOT 5、ENVI2Sat、Helios 1A、Helios 1B、Helios 2A、Helios 2B、ADEOS 1、ADEOS 2、ETS7、ALOS和METOP 65433。

2000年,索德恩公司为满足卫星小型化的发展需要,研制出了一种无机械扫描结构的微型静止地球敏感器STS02(主要工作在静止轨道)。与以往的单位扫描传感器相比,STS02具有结构紧凑、体积小、重量轻、成本低等优点。它采用四个交叉的32元焦平面阵列(每个阵列由2 ×16个单元组成,长度约为102mm)作为探测元件,利用硅薄膜技术实现机电控制器件与微机械元件的控制连接。这种设计使得STS02作为一种新型红外地球敏感器,体积缩小了2 /3,质量从3.5 kg降低到1.1 kg,功耗从7.5W降低到3.5W,更能满足卫星小型化、微型化的发展需求。其精度可达0.07 ~ 0.16,满足姿态控制精度要求。

美利坚合众国

古德里奇公司在20世纪50年代设计了世界上第一个用于航天器定向的红外传感器,并作为美国国家航空航天局航天器的主要制造商生产了大量高性能红外设备。

13- 410是该公司生产的最新一代多2任务地平仪(MMS),可用于多种类型的航天器,适用轨道包括近地或2 bit(LEO)、中地轨道(MEO)和地球静止轨道。它可以提供16× 10的视场,比传统的红外地球敏感器更宽。其精度也可以达到0.05 ~ 0.08。在微结构方面,传感器也取得了突破,尺寸为φ 170 mm× 120 mm,另外在长寿命方面,传感器在MEO轨道可工作10年,在GEO轨道可工作15年。该传感器已被选为美国空军先进超高频规划卫星的主要姿态传感器。

13- 410采用微结构热电堆探测器。在GEO轨道使用时,使用两个探测器,质量小于3 kg。在MEO中使用时,使用三个探头,质量小于4.5 kg。其电源电压为21~70V ~ 70V DC,每个探头的功耗小于3W。当13- 410用于姿态测量时,其偏差远小于常规动态扫描传感器。工作在GEO轨道时,其偏差为0.013,滚动角为0.03。在MEO轨道工作时,偏差为0.05 ~ 0.08。

13- 470-RH是一款微型静态地球敏感器,与13- 410相比,性能得到了进一步提升,已成功应用于ORBCOMM、I2R ID IUM、GLOBALSTAR等星座以及其他200多颗卫星。它采用双三角结构的红外热电堆焦平面阵列作为探测器,并采用适当的光学处理和补偿算法来提高传感器的测量精度。由于13- 470-RH探头可以独立测量三个轴中一个方向的姿态,这种双三角配置使得三个探头互为冗余,保证了其可靠性和稳定性。

13- 470- RH的视场大于13- 410,每个探头为20×14.8;其尺寸为φ40mm×56mm;每个探头重约18 g,整套设备总质量约1kg;;每个探头的功耗小于300mW,精度为0.2。可以看出,13-470-RH在视场、尺寸、质量、功耗等方面比13-410有了很大的提升,能够更好地满足卫星小型化、微型化的发展需求。

日本

CES3是日本Astro研究公司生产的圆锥扫描地球敏感器,由光学头和信息处理电路组成,配有太阳识别探头。CES3主要用于中低轨道高度(100 ~ 3000 km)三轴稳定卫星的姿态控制系统。其扫描半锥角为55°,扫描速度为60 r/min,分辨率为2′,视场为1.5× 1.5,可达到精度(3σ。其质量为2.7公斤,尺寸为φ118mm×200mm,功耗为2W,正常工作温度范围为-5 ~ 45℃,使用寿命5年以上。

意大利

ESS(地球& amp;Sun elevations sen2sor)是一种用于自旋卫星或三轴稳定卫星在轨道调整和旋转过程中姿态控制的仰角探测器,可用于从低轨道到超同步的各类卫星。该传感器主要包括两个红外地球仰角传感器和两个狭缝太阳仰角传感器,它们共同工作并输出电流脉冲,通过电流脉冲可以确定航天器的转速、太阳和地球的仰角。目前,ESS已成功应用于70多颗电子通信卫星、科学实验卫星和遥感卫星,使用寿命(GEO轨道)长达15年。

ESS地球敏感器主要由地球敏感器、太阳敏感器、机械接口、电子电路和数据接口组成。各部分性能参数如下:地球敏感器:工作波段为14 ~ 16.25微米,视场为1.5× 1.5,随机误差为(3σ)。太阳敏感器:工作波段0.4 ~ 1.1μ m,视场80°,随机误差(3σ)小于0.01,系统误差(3σ)小于0.035;机械部分:尺寸为166mm×150mm×127mm,质量小于1.4kg;;电子电路:输入电压为15V,功耗为

另外,ESS的工作环境条件为:转速10 ~ 100 r/min,工作温度-20 ~ 50℃,储存温度-30 ~ 60℃。

可以看出,单一种类的传感器已经不能满足高精度姿态控制系统的要求,于是出现了组合式传感器。组合传感器在精度、质量、体积和功耗方面的性能得到了一定程度的提高。