説明

マイクロ波放射計

【課題】電波吸収体の表面温度差を大きく改善することができるマイクロ波放射計を得る。
【解決手段】構体1上に、地球から放射されるマイクロ波を受ける主反射鏡、深宇宙からのマイクロ波を受ける低温校正用反射鏡、表面温度差を大きく改善する電波吸収体が複数個並べられた高温校正源3、並びに前記主反射鏡、前記低温校正用反射鏡及び前記高温校正源からのマイクロ波を受信する一次放射器2が設けられたマイクロ波放射計であって、構体1の上面で高温校正源3に対向する箇所に設け、前記電波吸収体と放射熱結合を持つ白色面5と、白色面5の温度を検出する温度センサ13と、白色面5を加熱するヒーター12と、温度センサ13によって検出された温度に基づいて白色面5が一定の温度になるようにヒーター12を制御するヒーターコントローラ11とを設けた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、人工衛星等の宇宙機に搭載される、マイクロ波放射計に関するものである。
【背景技術】
【0002】
マイクロ波放射計は、衛星軌道上から地球大気中の水蒸気、海表面、氷等の水分子が発するマイクロ波をアンテナにより検出し、マイクロ波の波長分布を測定することにより、水蒸気、海表面、氷等の温度分布を測定する温度分布測定装置である。このマイクロ波放射計は、主反射鏡、低温校正用反射鏡、電波吸収体を並べた高温校正源、一次放射器、構体などから構成される。
【0003】
温度が300K程度の既知である高温校正源から得られるマイクロ波強度と、低温校正用反射鏡から得られる温度が3Kの宇宙空間からのマイクロ波強度を測定することにより、主反射鏡により測定した地球から放射されるマイクロ波強度を校正して観測対象の温度を得ている。このため、高温校正源は、温度の偏りがなくまた、高温校正源内の温度センサとの温度差がないように熱制御する必要がある。一般に、高温校正源の電波吸収体は、高分子樹脂に導電性の粉または短繊維を混ぜた材料から作られており、宇宙空間で使用されるため、空気の流れによる温度制御はできず、電波吸収体の温度制御は伝導と放射のみで行われる(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】特開平9−145763号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
電波吸収体は、電波を吸収する性質を持たせるため、通常、誘電体材料を使用しており、誘電体材料は一般的に熱伝導率が低く、電波吸収体の先端部は、宇宙空間や対向する構体面との放射結合が強く、かつ熱が伝わりにくいため、より冷却される。
【0006】
構体面の温度は日陰時と日照時で非常に温度差が激しく、電波吸収体の温度に大きな影響を与えるため、電波吸収体内での温度分布がつきやすく、温度センサによる温度測定値と一次放射器から受ける利得による温度に差が生じて正しく校正できなくなるため、観測対象上の温度を正しく求めることができないという問題点があった。
【0007】
例えば、従来のマイクロ波放射計に設けられた高温校正源の電波吸収体の温度は、熱解析によると、最大値(根元の部分)と最小値(先端部)の温度差は、約33.1℃あった。
【0008】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、電波吸収体の表面温度差を大きく改善することができるマイクロ波放射計を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この発明に係るマイクロ波放射計は、構体上に、地球からのマイクロ波を受ける主反射鏡、深宇宙からのマイクロ波を受ける低温校正用反射鏡、温度が一定に制御された電波吸収体が複数個並べられた高温校正源、並びに前記主反射鏡、前記低温校正用反射鏡及び前記高温校正源からのマイクロ波を受信する一次放射器が設けられたマイクロ波放射計であって、前記構体の上面で前記高温校正源に対向する箇所に設け、前記電波吸収体と放射熱結合を持つ白色手段と、前記白色手段の温度を検出する第1の温度センサと、前記白色手段を加熱する第1のヒーターと、前記第1の温度センサによって検出された温度に基づいて前記白色手段が一定の温度になるように前記第1のヒーターを制御する第1のヒーターコントローラとを設けたものである。
【発明の効果】
【0010】
この発明に係るマイクロ波放射計は、電波吸収体の表面温度差を大きく改善することができ、ひいては温度測定精度のよい、マイクロ波放射計を実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係るマイクロ波放射計について図1から図4までを参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るマイクロ波放射計の構成を示す斜視図である。また、図2は、この発明の実施の形態1に係るマイクロ波放射計の断面構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0012】
図1において、この実施の形態1に係るマイクロ波放射計は、制御機器、電源機器等を内蔵し、後述する構成品を支持する構体1と、主反射鏡(図示せず)、低温校正用反射鏡(図示せず)及び後述する高温校正源からのマイクロ波を受信する一次放射器2と、温度が一定に制御された電波吸収体(後述する)が複数個並べられた高温校正源3とが設けられている。また、構体1の上面の全面には、構体1からの過冷却を抑えるためのMLI(多層断熱材)面4が設けられ、さらに、構体1の上方の高温校正源3に対向する部分のみに切欠き付きドーナツ状に白色でペイントした白色面5が設けられている。なお、構体1は、切欠き付きドーナツ状の白色面5の中心を軸として矢印のように回転する。
【0013】
さらに、構体1の上方には、図示を省略しているが、地球からのマイクロ波を受ける主反射鏡、深宇宙からのマイクロ波を受ける低温校正用反射鏡などが設けられている。
【0014】
図2において、構体1の内部には、ヒーターコントローラ11と、白色面5に対向する位置にヒーター12と、同じく白色面5に対向する位置に温度センサ13とが設けられている。なお、短冊状のヒーター12は、1箇所だけでなく、切欠き付きドーナツ状の白色面5に沿った位置に所定の間隔で切欠き付きドーナツ状に複数個設けてもよい。
【0015】
図3は、この発明の実施の形態1に係るマイクロ波放射計の高温校正源の構成を示す図である。同図において、(a)は側面からみた断面図、(b)は下面からみた図、(c)は電波吸収体を側面からみた断面図である。
【0016】
図3において、高温校正源3は、外側が熱制御材31で被われ、フレーム32内に複数の電波吸収体33が収められている。また、電波吸収体33の内部には、先端部にヒート部材34が充填され、ヒーターコントローラ35と、ヒーター棒36と、温度センサ37とが設けられている。なお、図3では、電波吸収体33毎に、ヒート部材34、ヒーターコントローラ35、ヒーター棒36、及び温度センサ37が設けられている例を示したが、複数個毎に、例えば隣り合う4個の電波吸収体33のうちの1個の電波吸収体33に、ヒート部材34、ヒーターコントローラ35、ヒーター棒36、及び温度センサ37を設けてもよい。
【0017】
つぎに、この実施の形態1に係るマイクロ波放射計の動作について図面を参照しながら説明する。図4は、この発明の実施の形態1に係るマイクロ波放射計の高温校正源の電波吸収体の温度特性を示す図である。
【0018】
図2や図3に示すように、高温校正源3の下面は開放されており、直接白色ペイントした白色面5と電波吸収体33は直接熱結合がある。白色ペイントは、太陽光吸収率が低く赤外放射率が高い材料を使用し、太陽光の照射により温度上昇を防止する役目を持つ。太陽光が当たる日照時には白色面5により温度上昇を抑え、太陽光が当たらない日陰時にはヒーターコントローラ11による温度制御を行い、白色面5は常に温度が一定になるようにする。
【0019】
高温校正源3内部の電波吸収体33は、ヒーターコントローラ35による制御温度と、白色面5のヒーターコントローラ11による制御温度を近づけることにより、電波吸収体33の先端部の温度低下を防止し、電波吸収体33の温度分布を一様に近づけることができる。
【0020】
図2に示すように、構体1の内部に設けたヒーターコントローラ11は、温度センサ13によって検出された白色面5の温度に基づいて、ヒーター12のオン、オフを制御して、白色面5の温度を一様にする。例えば、ヒーターコントローラ11は、温度センサ13による検出温度が29℃未満のときは、ヒーター12に所定の電圧を印加して熱を加え、検出温度が30℃以上のときには、所定の電圧の印加を止める。
【0021】
また、図3に示すように、電波吸収体33の内部に設けたヒーターコントローラ35は、温度センサ37によって検出された電波吸収体33の温度に基づいて、ヒーター棒36のオン、オフを制御して、電波吸収体33の温度を一様にする。例えば、ヒーターコントローラ35は、温度センサ37による検出温度が29℃未満のときは、ヒーター棒36に所定の電圧を印加して加熱し、検出温度が30℃以上のときには、所定の電圧の印加を止める。
【0022】
電波吸収体33の温度分布を一様に近づけることで、電波吸収体33に取付けられた温度センサ37の温度と、一次放射器2から得られるマイクロ波強度の校正が精度良く行なわれ、校正精度を上げることができる。また、MLI面4を切欠き付きドーナツ状に切り欠いて構体1の上面に白色ペイントして白色面5を形成する方式であるため、電波吸収体33の熱制御のための質量増加を抑えることができる。
【0023】
例えば、図4に示すように、マイクロ波放射計に設けられた高温校正源3の電波吸収体33の温度の最大値と最小値の差は約7.0℃で大幅に改善されている。
【0024】
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るマイクロ波放射計について図5から図7までを参照しながら説明する。図5は、この発明の実施の形態2に係るマイクロ波放射計の構成を示す斜視図である。また、図6は、この発明の実施の形態2に係るマイクロ波放射計の断面構成を示す図である。
【0025】
図5において、この実施の形態2に係るマイクロ波放射計は、構体1と、一次放射器2と、高温校正源3とが設けられている。また、構体1の上面の全面には、構体1からの過冷却を抑えるためのMLI(多層断熱材)面4が設けられ、さらに、構体1の上方の高温校正源3に対向する領域に設けた白色ペイントした切欠き付きドーナツ状のアルミ板6が設けられている。
【0026】
図6において、構体1の内部には、ヒーターコントローラ11が設けられ、アルミ板6の下側にヒーター12と、温度センサ13が設けられている。なお、短冊状のヒーター12は、1箇所だけでなく、切欠き付きドーナツ状のアルミ板6に沿ってその下側に所定の間隔で切欠き付きドーナツ状に複数個設けてもよい。
【0027】
なお、この発明の実施の形態2に係るマイクロ波放射計に設けられた高温校正源の構成は、上記の実施の形態1と同様である。
【0028】
つぎに、この実施の形態2に係るマイクロ波放射計の動作について図面を参照しながら説明する。図7は、この発明の実施の形態2に係るマイクロ波放射計の高温校正源の電波吸収体の温度特性を示す図である。
【0029】
図6に示すように、高温校正源3の下面は開放されており、白色ペイントしたアルミ板6と電波吸収体33は直接熱結合がある。白色ペイントは、太陽光吸収率が低く赤外放射率が高い材料を使用し、太陽光の照射により温度上昇を防止する役目を持つ。太陽光が当たる日照時には白色ペイントにより温度上昇を抑え、太陽光が当たらない日陰時にはヒーターコントローラ11、35による温度制御を行い、常に温度が一定になるようにする。
【0030】
高温校正源3内部の電波吸収体33は、ヒーターコントローラ35による制御温度と、白色ペイントしたアルミ板6のヒーターコントローラ11による制御温度を近づけることにより、電波吸収体33の先端部の温度低下を防止し、電波吸収体33の温度分布を一様に近づけることができる。
【0031】
図6に示すように、構体1の内部に設けたヒーターコントローラ11は、温度センサ13によって検出されたアルミ板6の温度に基づいて、ヒーター12のオン、オフを制御して、アルミ板6の温度を一様にする。例えば、ヒーターコントローラ11は、温度センサ13による検出温度が29℃未満のときは、ヒーター12に所定の電圧を印加して加熱し、検出温度が30℃以上のときには、所定の電圧の印加を止める。
【0032】
また、電波吸収体33の内部に設けたヒーターコントローラ35は、温度センサ37によって検出された電波吸収体33の温度に基づいて、ヒーター棒36のオン、オフを制御して、電波吸収体33の温度を一様にする。例えば、ヒーターコントローラ35は、温度センサ37による検出温度が29℃未満のときは、ヒーター棒36に所定の電圧を印加して加熱し、検出温度が30℃以上のときには、所定の電圧の印加を止める。
【0033】
電波吸収体33の温度分布を一様に近づけることで、電波吸収体33に取付けられた温度センサ37の温度と、一次放射器2から得られるマイクロ波強度の校正が精度よく行われ、校正精度を上げることができる。
【0034】
また、白色ペイントしたアルミ板6のみを熱制御することで、構体1内の搭載機器の温度によらず熱制御でき、また白色ペイントしたアルミ板6のみを熱制御するためヒーターの消費電力を少なくできる。上記実施の形態1では200Wの消費電力が必要であるが、この実施の形態2では130W程度まで消費電力を抑えることができる。
【0035】
例えば、図7に示すように、マイクロ波放射計に設けられた高温校正源3の電波吸収体33の温度の最大値と最小値の差が約2.4℃で上記実施の形態1よりも大幅に改善されている。
【0036】
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係るマイクロ波放射計について図8及び図9を参照しながら説明する。図8は、この発明の実施の形態3に係るマイクロ波放射計の高温校正源の電波吸収体を側面からみた断面図である。なお、高温校正源以外の構成は、上記実施の形態1又は実施の形態2と同様である。
【0037】
図8において、電波吸収体33の内部には、ヒーターコントローラ35と、温度センサ37と、電波吸収体33の温度を一定に保つためのヒーター38と、金属等の熱伝導率のよい材料から作られるヒート板39とが設けられている。電波吸収体33の先端部は、熱伝導率のよい電波吸収体材料33Aである。短冊状のヒーター38は、電波吸収体33の内部の4面全部に設けても良いし、対向する2面でも良いし、1面だけでも良い。ヒート板39は、電波吸収体33の内側全面に設けられている。なお、図8では、電波吸収体33毎に、ヒーターコントローラ35、温度センサ37、ヒーター38、及びヒート板39が設けられている例を示したが、複数個毎に、例えば隣り合う4個の電波吸収体33のうちの1個の電波吸収体33に、ヒーターコントローラ35、温度センサ37、ヒーター38、及びヒート板39を設けてもよい。
【0038】
つぎに、この実施の形態3に係るマイクロ波放射計の動作について図面を参照しながら説明する。図9は、この発明の実施の形態3に係るマイクロ波放射計の高温校正源の電波吸収体の温度特性を示す図である。
【0039】
図8に示すように、電波吸収体33の内部に設けたヒーターコントローラ35は、温度センサ37によって検出された電波吸収体33の温度に基づいて、ヒーター38のオン、オフを制御して、電波吸収体33の温度を一様にする。例えば、ヒーターコントローラ35は、温度センサ37による検出温度が29℃未満のときは、ヒーター38に所定の電圧を印加して加熱し、検出温度が30℃以上のときには、所定の電圧の印加を止める。
【0040】
ヒーター38により、ヒート板39が熱せられ、ヒート板39は熱伝導率がよいため、熱を素早く拡散する役割を持つ。ヒート板39により電波吸収体33と、その熱伝導率のよい電波吸収体材料33Aが熱せられる。電波吸収体33は高温校正源3の奥側であり、宇宙空間との放射結合が少なく、温度分布は生じにくい。
【0041】
熱伝導率のよい電波吸収体材料33Aは、先端部に使用され、宇宙空間との放射結合が大きくなっているが、熱伝導率がよいため温度分布は生じにくい。電波吸収体材料の熱伝導率を大きくするには、熱伝導率のよい材料を混入しなければならないが、そのため比重が大きくなってしまう。熱伝導率のよい電波吸収体材料33Aを、先端部のみの使用とすることにより、電波吸収体33の全体の質量を極力抑えている。
【0042】
上記の実施の形態1、あるいは実施の形態2と組み合わせることにより、より電波吸収体33の温度分布を一様に近づけることができ、校正精度を上げることができる。
【0043】
例えば、図9に示すように、マイクロ波放射計に設けられた高温校正源3の電波吸収体33の温度の最大値と最小値の差が約2.1℃で上記実施の形態2よりも改善されている。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】この発明の実施の形態1に係るマイクロ波放射計の構成を示す斜視図である。
【図2】この発明の実施の形態1に係るマイクロ波放射計の断面構成を示す図である。
【図3】この発明の実施の形態1に係るマイクロ波放射計の高温校正源の構成を示す図である。
【図4】この発明の実施の形態1に係るマイクロ波放射計の高温校正源の電波吸収体の温度特性を示す図である。
【図5】この発明の実施の形態2に係るマイクロ波放射計の構成を示す斜視図である。
【図6】この発明の実施の形態2に係るマイクロ波放射計の断面構成を示す図である。
【図7】この発明の実施の形態2に係るマイクロ波放射計の高温校正源の電波吸収体の温度特性を示す図である。
【図8】この発明の実施の形態3に係るマイクロ波放射計の高温校正源の電波吸収体の構成を示す図である。
【図9】この発明の実施の形態3に係るマイクロ波放射計の高温校正源の電波吸収体の温度特性を示す図である。
【符号の説明】
【0045】
1 構体、2 一次放射器、3 高温校正源、4 MLI面、5 白色面、6 アルミ板、11 ヒーターコントローラ、12 ヒーター、13 温度センサ、31 熱制御材、32 フレーム、33 電波吸収体、33A 電波吸収体材料、34 ヒート部材、35 ヒーターコントローラ、36 ヒーター棒、37 温度センサ、38 ヒーター、39 ヒート板。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
構体上に、地球からのマイクロ波を受ける主反射鏡、深宇宙からのマイクロ波を受ける低温校正用反射鏡、温度が一定に制御された電波吸収体が複数個並べられた高温校正源、並びに前記主反射鏡、前記低温校正用反射鏡及び前記高温校正源からのマイクロ波を受信する一次放射器が設けられたマイクロ波放射計であって、
前記構体の上面で前記高温校正源に対向する箇所に設け、前記電波吸収体と放射熱結合を持つ白色手段と、
前記白色手段の温度を検出する第1の温度センサと、
前記白色手段を加熱する第1のヒーターと、
前記第1の温度センサによって検出された温度に基づいて前記白色手段が一定の温度になるように前記第1のヒーターを制御する第1のヒーターコントローラと
を備えたことを特徴とするマイクロ波放射計。
【請求項2】
前記白色手段は、前記構体の上面の前記高温校正源に対向する部分のみに切欠き付きドーナツ状に白色でペイントした白色面であり、
前記第1の温度センサ、及び前記第1のヒーターは、前記構体の内部に設けられている
ことを特徴とする請求項1記載のマイクロ波放射計。
【請求項3】
前記白色手段は、前記構体の上面の前記高温校正源に対向する領域に設けた白色ペイントした切欠き付きドーナツ状のアルミ板であり、
前記第1の温度センサ、及び前記第1のヒーターは、前記アルミ板の下側に設けられている
ことを特徴とする請求項1記載のマイクロ波放射計。
【請求項4】
前記電波吸収体は、
少なくとも先端部が、熱伝導率のよい材料であり、
前記電波吸収体の内側全面に熱伝導率のよい材料から作られたヒート板が設けられ、
前記電波吸収体の温度を検出する第2の温度センサと、
前記ヒート板を加熱する第2のヒーターと、
前記第2の温度センサによって検出された温度に基づいて前記電波吸収体が一定の温度になるように前記第2のヒーターを制御する第2のヒーターコントローラとを有する
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載マイクロ波放射計。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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