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
TRL5/6 (запланир. в 2019)
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
TRL8
Охлаждающая мощность
10 мВт при 1.7K (EOL)
19 мВт при 1.77K (с предохл. PT15K)
(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
