空间光学系统中内部构件热辐射引起的谱段杂散辐射

对空间光学系统中由于内部的构件热辐射而引起谱段杂散辐射，建立了谱段辐射物理模型和采用蒙特卡罗方法计算的有关概率模型及计算方法。编制了较通用的分析软件，并针对某一空间光学系统进行了计算，通过分析计算结果得到一些有益的结论。     

一种提高红外透射光学系统热分析精度的方法

工程计算中通常将常温物体在红外谱段的辐射简化为灰体辐射,即物体的单色吸收比与波长无关。针对谱段选择性较强的红外透射式光学系统,这一假设会对热分析精度造成一定影响,甚至可能影响最终的成像品质。文章提出一种红外透镜材料光学辐射特性的等效计算方法,考虑材料对不同波长辐射选择性的吸收、反射与透过,并根据在轨地球红外辐射、地球反射太阳辐射、载荷内环境辐射特性,等效出用于热分析计算的透镜红外吸收比、反射比与透过比。应用该方法通过IDEAS-TMG软件对某空间红外载荷进行仿真验证,精确计算出红外透镜温度。     

红外探测器比探测率与光学系统工作温度关系研究

针对低温光学系统自身辐射与红外探测器比探测率(D*)的关系,从红外辐射基本理论入手,建立了光学系统工作温度与背景限红外探测器D*之间的关系模型。由此计算出了典型四反光学系统不同工作温度下、不同谱段的背景限红外探测器D*值,综合考虑探测器处于非背景限情况,得出相关曲线;总结出了背景限红外探测器与光学系统工作温度之间关系的几点体会。     

星载光学系统中杂光概率模拟的可靠性验证

通过分析蒙特卡洛法概率模拟星载光学系统杂光的计算过程、伪随机数的产生方法、概率模型检验、辐射传递系数的检验,从各个子过程分析计算步骤的可靠性和可信度,并针对某一空间光学系统的太阳光杂光计算,检验了蒙特卡洛法的稳定性。通过分析与比较,验证了反射概率模型、辐射传递计算方法及软件的可靠性、稳定性。     

“高分四号”卫星凝视相机的技术特点

"高分四号"卫星凝视相机具有高时间分辨率、较高空间分辨率和较大成像幅宽的特点。它包含可见光近红外(VNIR)通道和中波红外(MWIR)通道,VNIR通道有5个谱段,MWIR通道有1个谱段,具备昼夜成像能力。相机光学系统为折反射系统,采用分色片实现VNIR与MWIR谱段分离,利用旋转滤光轮将入射VNIR辐射分成5个谱段。VNIR焦面组件采用全局电子快门CMOS面阵探测器;MWIR焦面采用HgCdTe面阵探测器,由脉冲管制冷机制冷到80K。MWIR谱段采用两个黑体进行星上定标。基于用户需求和地球静止轨道环境开展了相机与卫星平台一体化设计、光学系统力学和热学稳定性设计、微振动抑制设计、活动机构长寿命高可靠性设计。     

晨昏时段大气辐射对成像有效信噪比的影响

从成像有效信噪比的角度出发,利用MODTRAN辐射传输软件,分析计算了晨昏时段大气辐射的分布特点及其对成像的潜在影响。结果表明选择近红外成像谱段,可有效抑制大气背景辐射,实现晨昏时段一定观测倾角下的目标探测能力。     

航天遥感器辐射定标精度计算方法研究

针对航天遥感器进行辐射定标工作的定标精度评估时,并没有形成统一计算方法的问题,文章对工作在不同谱段遥感器的多种辐射定标精度计算方法进行了实例计算与研究。研究结果表明定标精度计算结果一般同具体的定标点选取相关。文章进而提出在比较不同遥感器辐射定标精度时需要明确精度计算的约束条件,这样才能增加精度对比的横向可比性,也能为客观的评价辐射定标工作提供更好的参考。     

无热化大相对孔径星敏感器光学系统设计

提出了一种大相时孔径轻小型光学系统的设计方案,给出了设计方案及热分析结果.光学系统工作谱段500～800nm,视场角9°,相对孔径1／1.2,光学系统设计结果良好,弥散斑直径在两个像元尺寸之内,能够满足光学系统对能量集中度和弥散斑的要求.基于光学热补偿理论对光学系统进行了无热化分析和消热设计.通过分析不同温度下的传递函...     

太阳辐射参数对透射系统热设计的影响及仿真对策

文章针对透射式光学系统进行了热仿真分析,比较了不同太阳吸收率、透过率、反射率下各透镜的温度及太阳外热流情况。结果表明,太阳辐射参数的给定对高轨透射系统温度仿真计算结果的影响很大,需要准确给定;某些谱段的太阳能量被透镜选择性吸收和反射,下层透镜使用全谱段的太阳辐射参数来计算温度将不再准确。针对上述问题,文章提出了一种新的透镜等效太阳辐射参数的计算方法,该方法将太阳光谱能量分布近似为5 800 K黑体辐射能量分布,采用普朗克公式对经过透镜的各部分能量进行计算,进而等效出各太阳辐射参数,有效提高了仿真分析的准确性。最后以某空间相机透射系统为例进行了分析计算,对该方法进行了验证。     

长焦距同轴三反空间相机光学系统研究

为了满足空间遥感不同应用的需求,完成了4种型式的长焦距同轴三反光学系统设计。根据同轴三反光学系统设计理论,介绍了同轴三反光学系统设计初始结构设计方法,以工作谱段0．45-0．9μm、F数10、焦距10m为例,对4种型式的长焦距同轴三反光学系统进行优化设计,设计视场内获得接近衍射极限的成像品质,并分析和比较了这几种光学系...     

液体推进剂火箭爆炸辐射效应研究

本文提出了液体双组元推进剂火箭爆炸热辐射效应理论计算模型，并介绍了四氧化二氮／偏二甲肼推进剂爆炸实验研究结果。利用该理论模型计算了液体推进剂火箭爆炸时产生的火球直径，火球温度，火球持续时间，火球漂移，火球辐射热流，高空环境对火球尺寸的影响，火球热辐射破坏危险距离等。理论计算结果与实验测量结果吻合。该理论计算模型可为载人航天器逃逸系统工程设计和航天靶场建设提供有价值的理论分析数据     

紫外、真空紫外光谱辐射亮度标定技术

文章论述了紫外辐照对航天器敏感表面的破坏,并从原理上和方法上介绍了紫外、真空紫外光谱辐射亮度的3种标定技术.     

再入体激波层和近尾流热辐射实验研究

本文介绍了在弹道靶设备上对再入速度下模型的热辐射进行的实验研究工作。铝、高硅氧和聚碳酸酯三种材料的模型在速度为4.5～6.0(km/s),压力为600—8000Pa条件下做了实验,在258nm—1100nm光谱范围内完成了九个波段的辐射测量,给出了三种材料模型的辐射光谱分布曲线。结果表明辐射量除了受环境条件影响外,还强烈地依赖于模型材料;由烧蚀产物引起的辐射通量主要在可见光和近红外区(465nm以上)。估算了烧蚀产物引起的辐射加热率,对头部和近尾流辐射通量做了比较。     

模拟地球同步轨道粒子辐照环境对若干航天器热控涂层太阳吸收率的影响

文章是用开发的一个计算机数字计算的模型来计算粒子辐照下材料中的吸收能量剖面.文章介绍了航天器的热控涂层试验,用改变入射质子和电子能量的办法,模拟同步轨道辐射环境.通过对几种涂层(白漆、黑漆、二次表面镜等)分别进行3年和10年的轨道模拟环境试验,并在真空环境中和空气中测量其反射率的变化,确定了电子和质子对这些材料所产生的影响.     

计算模拟月壤颗粒吸收及散射特性的一种球叠加模型

针对模拟月壤复杂的外形特征以及多相非均质的微观结构,提出了一种计算模拟月壤颗粒吸收及散射特性的球叠加模型。根据模拟月壤颗粒的形状指数和分形特征识别结果,归纳了4种主要的模拟月壤颗粒类型,并采用蒙特卡罗光线跟踪法研究了这4种颗粒在单色平行光照射下的吸收及散射特性。与已有的非球形颗粒辐射特性的算法比较显示,该模型具有良好的计算准确性。在数值计算的基础上,分析了颗粒尺度参数及光学常数对其自身辐射特性的影响,并通过改变平行光照下的光线入射角度,分析了非球形颗粒的朝向对其自身辐射特性的影响。由计算结果推断,该模型不仅可以应用于计算模拟月壤颗粒的辐射特性,还可以满足其他适用于几何光学近似的非球形粒子。     

基于区域网格化的空间目标光学特性计算方法

为了精确计算空间目标光学特性,基于区域分解和网格划分的方法建立了空间目标光学特性计算模型。首先把目标表面分解为若干材料属性单一且易于数学描述的区域;对划分后的区域进行网格划分;对划分后的网格面元进行遮挡与掩蔽分析,给出有效面元的判断准则;最后结合表面材料的双向反射分布函数建立了目标的光学特性计算模型。为了验证计算模型的精确性,搭建了空间目标缩比模型测量平台。当入射天顶角为10°、20°和30°时,缩比模型理论计算结果与实验测量数据的相对均方根误差分别为8.89%、9.39%和8.00%,均小于10%,验证了所建目标光学特性计算模型的准确性。     

航天器真空热试验用红外灯光谱分布研究

对航天器真空热试验用红外灯的光谱分布进行研究。通过对红外灯电流 —电阻相关分析和数值拟合,建立了红外灯的功率计算模型和红外灯灯丝温度计算模型以及 红外灯石英玻璃管的温度计算模型;最终给出了红外灯在不同电流下光谱分布模型。采用S2 000光纤式光谱仪进行了红外灯光谱分布测试,结果表明红外灯光谱分布模型准确。研究成 果可以为采用黑片式热流计测量红外灯阵到达热流奠定基础。
     

隔热层厚度和数量对太空多层光学窗口温度分布的影响

 航天器上常安装有用于科学观察的多层光学窗口,其温度分布的均匀性会影响成像质量。运用射线踪迹-节点分析法的任意多层镜反射辐射与导热耦合换热模型,研究了隔热层厚度及数量对太空中多层光学窗口温度分布的影响。光学窗口的吸收系数、折射率随波长的变化用一组矩形谱带来近似。研究显示太空中热辐射在光学窗口的冷却过程中起着非常重要的作用,在离玻璃层表面附近很薄的一层玻璃介质内,辐射与导热存在强烈的耦合作用。隔热层厚度越薄,其内的温度分布越均匀,有利于提高成像质量。隔热层数量越多,光学窗口各层玻璃的温度分布越均匀,有利于提高成像质量,但是隔热层最佳数量的确定还需综合考虑其它因素。