Согласно требованиям, система охлаждения обсерватории должна обеспечивать температурный режим 10-метрового космического телескопа (менее 10 К). Также она обеспечивает охлаждение бортовых приборов до ещё более низких температур. Это достигается путем сочетания пассивного (солнечные экраны) и активного охлаждения (криомашины).
Важные условия для достижения указанных требований:
Реализация системы охлаждения в большей или меньшей степени затрагивает почти все аспекты конструкции космической обсерватории, поэтому тепловое проектирование определяет облик всей обсерватории в целом.
Обсерватория оснащена набором раскрываемых солнцезащитных экранов, чтобы блокировать свет и тепло, исходящее от Солнца, Земли и Луны. В окрестности точки Лагранжа Земля-Солнце L2 все три небесных тела находятся с одной стороны относительно космической обсерватории, что позволяет поддерживать постоянную тепловую среду для телескопа. Система экранов пассивно охлаждает телескоп до температур 30-50 К. Каждый солнцезащитный экран состоит из 2 слоев двухсторонних тонких полиамидных пленок с алюминиевым напылением, которые находятся в натянутом состоянии на конструкции из 12 разводных спиц. Ближайший к главному зеркалу криоэкран будет подключен к активной системе охлаждения уровня 20 К. Он будет иметь отличающуюся от солнцезащитных экранов конструкцию.
Ключевым моментом в тепловой конструкции обсерватории Миллиметрон является снижение тепловой нагрузки на этапах работы активной системы охлаждения. Теплопроводность через основную структуру - это доминирующий фактор тепловой нагрузки. Для снижения тепловой нагрузки были реализованы два решения: использование материалов с низкой теплопроводностью и уменьшение отношения площади поперечного сечения к длине в элементах фермовой конструкции. Найти решение было непросто, поскольку узел главной фермы должен иметь достаточную жесткость и прочность, чтобы выдержать модуль полезной нагрузки, масса которого превышает 3000 кг во время запуска. После запуска на несущую конструкцию зеркала ложатся нагрузки, связанных с работой обсерватории: перелет в точку L2, наведение и удержание обсерватории на орбите. Для уменьшения теплопроводности несущей конструкции, было предложено перекладывать связанные с телескопом и приборами нагрузки при запуске, через некоторый разъединяемый интерфейс между охлаждаемыми и теплыми частями несущей конструкции.
Для повышения эффективности систем активного охлаждения, необходимо снизить тепловую нагрузку на обсерваторию. Комбинация активного и пассивного охлаждения должна быть тщательно проработана с учетом соответствующего запаса охлаждающей способности на каждом уровне температуры, потому что активное механическое охлаждение очень дорого и сложно. Минимизация активного механического охлаждения снижает стоимость и риски миссии.
| Уровень | Теплообмен, Вт | Проводим. конструкции, Вт | Проводим. Кабельной системы*, Вт | Тепловыд. приборов, Вт | ΣQ, Вт |
| 1-2K | - | - | - | 0.01 | 0.01 |
| 4K | 0.030 | 0.002 | 0.018 | 0.10 | 0.15 |
| 20K | 0.489 | 0.211 | 0.200 | 0.50 | 1.40 |
| 100K | 1.480 | 2.940 | 1.580 | 10.00 | 16.00 |
Криомашина на пульсационных трубах PT15K (Air Liquide)
TRL
TRL5/6 (запланир. в 2019)
Охлаждающая мощность
800 мВт при 20K
5 Вт при 100K
Энергопотребление
300 Вт
Масса
21 кг
K-class Криомашина Джоуля-Томпсона
(Sumitomo H.I.)
TRL
TRL8
Охлаждающая мощность
40 мВт при 4.5K (EOL)
Энергопотребление
90 Вт (EOL)
Масса
15 кг
Срок работы
> 3 лет (5 лет, как цель)
1K-class Криомашина Джоуля-Томпсона
(Sumitomo H.I.)
TRL
TRL5
Охлаждающая мощность
10 мВт при 1.7K (EOL)
19 мВт при 1.77K (с предохл. PT15K)
Энергопотребление
75 Вт (EOL)
Масса
28 кг
Срок работы
> 5 лет
Структура панелей (в качестве примера – панель центральной части главного зеркала)
Полноразмерный макет криоэкрана
Тепловая модель (масштаб 1:10)
Термовакуумные испытания
