人类工业革命后,由于大量地砍伐森林和大量的化石原料被燃烧,大气中CO2的含量迅速增加,所带来的温室效应越来越严重。此前人们对于CO2的监测仅局限于地面。由于观测的局限性人们对于CO2的全球演变知之甚少,因此CO2的空间监测引起了世界各国的重视。CO2的空间监测是通过光学仪器进行的,而温度直接关系到光学仪器的成像质量。因此有必要对于探测仪热控系统的设计进行研究。碳卫星有效载荷,作为我国首个温室气体探测仪,其姿态复杂、内热源功耗大且工作时间长,给热设计提出了新的挑战。探测仪观测模式多,单轨姿态变化多,热设计工况难以确定;探测仪内部的红外探测组件有制冷机,其散热困难,若热设计不当将会影响整个探测仪的工作。如何利用成熟的热控技术,解决温室气体探测仪的热控难题,满足其正常工作的热控要求等研究内容,是本文的主要内容。论文概述了温室气体光学遥感器的研究现状,总结了其工作特点和热设计特点,介绍了国外温室气体光学遥感器的热设计方案。对我国的碳卫星有效载荷的结构、工作模式进行了分析,并总结了其热控系统的难点、重点问题。通过对CO2探测仪和云和气溶胶探测仪两部分的热光学分析,得到了两遥感器的热控指标,结合两探测仪的结构将热控指标分解至两探测仪各个部分。在探测仪详细热设计部分,首先对CO2探测仪的安装面、主体、入光口、光学元件、探测器组件、电控箱进行了详细的热设计,同时对云和气溶胶探测仪的主框架、镜头组件、遮光罩组件、线路板组件、焦面组件论文进行了详细热设计。然后根据探测仪的姿态和工作模式,确定高、低温工况,并进行分析计算,从而确定了散热面面积和补偿加热功耗。热分析结果表明低温工况时CO2探测仪的光学元件温度为18.4℃~21.8℃,探测器组件的温度为18.5℃~25.5℃,云和气溶胶探测仪的物镜组件温度为19℃~23℃,高温工况时CO2探测仪的光学元件温度为18.6℃~22.0℃,探测器组件的温度为20.6℃~25.7℃,云和气溶胶探测仪的物镜组件温度为19℃~23℃,满足探测仪工作的温度要求。此外,还针对云和气溶胶探测仪的遮光罩进行了方案优选。通过对于某类型的遮光罩热分析研究,得到了其等效长径比为1.7为最优。再利用云和气溶胶的遮光罩进行了试验验证,得到了其寻优结果。最后本文论述了碳卫星有效载荷的热试验。热平衡试验结果表明低温工况CO2探测仪的主体温度为16.4℃~19.6℃,探测器的温度为15.1℃~16.4℃,云和气溶胶探测仪的镜头组件温度为16.4℃~18.9℃,高温工况CO2探测仪的主体温度为17.8℃~19.6℃,探测器的温度为18.5℃~23.3℃,云和气溶胶探测仪的镜头组件温度为18.9℃~19.9℃,满足热控指标。因此热分析数据有效可靠,热设计方案合理可行。