具有不锈钢悬架串的辐射源的CAD绘图（以红色突出显示）。
热管理在外层空间发挥着独特的作用，特别是对于需要极低温度才能探测到热辐射的低温系统。这是SRON荷兰空间研究所的工程团队在设计SpicA远红外仪器(SAFARI)时面临的一个挑战，SAFARI是一种红外相机，可以测量每个图像像素的完整远红外光谱。SAFARI将搭乘日本宇宙和天体物理学空间红外望远镜(SPICA)飞行。
SPICA将比以往任何太空望远镜更深入地观察太空。由于SAFARI拥有超灵敏的探测器，其温度略高于绝对零度，因此它可以比以前的太空相机捕捉到较弱的远红外辐射。精确的地面和空间校准对传感器的准确性和任务的成功至关重要。为了设计和优化这些校准系统，SRON的团队转向COMSOL多物理模拟作为他们的指导。
实际的硬件。
在望远镜校准系统中跳动热量
Safari的校准源包含一个黑体腔或辐射源，其仅提供频谱的辐射，根据源极温度，使其成为一种非常可靠和准确的校准器。“然而，Safari的探测器如此敏感，源的功率大约太高的电力大约一百万倍，并且必须使用孔径和集成球体光学稀释，”Sron的设计工程师Chris de Jonge说。“通过集成球后，然后将具有正确功率和光谱分布的辐射重新分析到Safari的探测器阵列中以进行校准。”在辐射源和集成球之间是机械快门和虹膜机构。快门打开并关闭光圈到辐射源，而虹膜微调并调制输出功率。
热管理至关重要:该系统被置于4.5开尔文(K)的“超暗”环境中，以减少设备本身的背景辐射。探测器基温的变化、背景辐射(受航天器方向的影响)以及虹膜和快门机制耗散的功率都可能破坏校准。
de Jonge解释说:“辐射源温度可以设置在95到300 K之间，以产生辐射，这在辐射源和4.5 K环境之间产生了很大的温差，而在这些温度下，可用的冷却功率仅限于几十毫瓦。”“为了解决这个问题，我们需要设计一个隔热悬挂系统。”SRON团队需要一个高共振频率的刚性悬挂，以防止热量从热源转移到设备的其他部分，同时也保护设备免受不必要的振动。
设计绝热悬架系统
使用COMSOL模拟，DE JONGE通过悬架评估热负荷，并对具有不同几何和材料的悬架概念进行模态分析，在机械刚度和热负荷之间寻求权衡。
他说:“由于支架上的温度梯度很大，热性能随温度变化很快，因此必须实现与温度相关的材料性能。”“最终，我们选择了具有最佳机械刚度和保温性能的解决方案。”
基于结果，该团队设计并优化了薄（100μm）不锈钢线的配置，以将辐射源保持在三角形框架上。
由于不锈钢在低温温度下具有低导热率并且导线的横截面非常小，因此通过电线的热传导是有限的，模拟确认。对于150 k的源极温度，实验分析显示出10.17mW的导电热量。仿真结果紧密一致，准确到0.01兆瓦。该设计还具有720Hz的谐振频率，足够高，以确保辐射源正常运行。
Chris de Jonge，Sroni的设计工程师，在Safari校准系统上工作。
优化光圈和快门以达到最高效率
接下来，De Jonge优化了线圈驱动的虹膜和快门机构。光圈由卷轴执行器驱动，并包含四个不锈钢刀片，可在无摩擦轴承周围旋转。挡板是磁性锁定装置。
De Jonge使用COMSOL优化虹膜线圈和外壳几何形状，旨在最小化驱动期间的电流和耗散的热量。通过在气隙上的主要设计参数上进行参数扫描和线圈绕组的数量，该团队开发了一种最佳的线圈设计，其具有38 mA的低驱动电流，仅耗散1.6兆瓦。
Sron的热稳定深空传感系统正在进行中
由于野生动物园的敏感探测器和对低温系统中的耗散机制的需求，维持受控的热环境对于SPICA的使命的成功至关重要。COMSOL允许DE JONGE和SRON的团队在极低的温度下为最佳的热，材料和结构条件进行优化。他们的第一次测试Safari校准源确认了COMSOL模拟的准确性。当Safari将帮助我们推出超出太阳系之外的空间的新奥秘时，Spica计划在2022年推出轨道。
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