Monte—Carlo法在空间外热流计算中的应用──空间光学遥感器光学窗口的地球红外辐射分析计算

用Monte-Carlo法对空间光学遥感器的大口径光学窗口的地球红外辐射进行了分析和模拟计算。考虑了光线在外遮光罩挡光环内的多次漫反射和在光学窗口表面的镜反射,讨论了目前普遍采用的挡光环等效面假设的局限性。     

空间X射线探测用遮光膜的光学性能表征

为了满足国内外空间X射线探测的需求,研制了可透过X射线同时阻挡紫外可见红外波段杂散光的X射线遮光膜。利用紫外可见分光光度计和同步辐射光源对遮光膜的光学性能进行了表征,并对其几何结构和光学性能的关系进行了分析。实验结果表明:在紫外、可见和红外波段,聚酰亚胺表面铝膜的厚度越大,其透过率越低,聚酰亚胺表面蒸镀厚度为120nm铝膜时遮光膜的透过率已低于1.0×10-4;且聚酰亚胺表面单面镀铝的遮光膜的挡光效果优于双面镀铝的遮光膜。在X射线波段,遮光膜的透过率只取决于聚酰亚胺的总厚度和铝膜的总厚度,与分层结构无关。本课题组自行研制的遮光膜基本满足目前国内空间探测项目的需求。     

空间CCD相机光学窗口在轨热稳定性分析

计算了空间CCD相机光学窗口在满足面形要求下所允许的温度水平及温度梯度的变化范围,进行了窗口在空间热环境载荷作用下的瞬态温度场及稳态温度场的响应仿真,通过对计算结果的分析对窗口采取了相应的热控措施,取得了较好的热控效果。     

空间光学遥感器扫描控制系统设计

研究了正弦波永磁同步电机驱动的空间光学遥感器扫描控制系统。采用复合控制与微分负反馈相结合的控制策略,实现了扫描镜的低速高精度往复运动。分析了扫描镜运动的数学模型,建立了d-q坐标系下的永磁同步电机数学模型;采用id=0矢量控制策略,在MATLAB/SIMULINK环境下搭建了基于空间矢量脉宽调制技术的控制系统仿真模型,设计了电流环、速度环和位置环调节器,给出了仿真结果。实验验证显示:采用复合控制后,仿真得到恒速运行的平均速度误差由1.27%优化到0.92%,扫描镜在恒速扫描过程中稳态平均角速度误差为2.06%,满足扫描镜系统速度精度优于5%的设计要求。理论分析、仿真和实验证明:该控制方法能够较好地改善控制系统的动态特性,具有调节时间短、超调小和动态响应准确等优点。     

基于BP神经网络的空间相机的热光学分析

空间相机在轨工作时所处的热环境与地面状态差异很大,温度场的变化会给系统带来较大的热光学误差,影响成像质量.热光学分析是空间相机研制工程中的重要环节,是涉及传热、材料、机械、光学等学科的多学科问题.空间相机精密度高、结构复杂,包含很多非线性因素,增大了热光学分析的难度.利用成熟的BP神经网络建立相机温度分布与光学成像质量状况之间的网络模型,利用热光学试验获得的数据样本进行训练,并对其他样本进行预测,结果较好.     

空间光学遥感器热平衡试验装置的设计

热平衡试验是空间光学遥感器研制中的重要试验内容.需要创造一个地面模拟试验环境和条件,来代替空间高真空和超低温的环境.按照试验规范,在模拟真空冷黑、空间外热流和热边界条件下对空间光学遥感器系统进行热平衡试验.这项技术涉及到试验对象的轨道参数、结构、材料表面特性、轨道外热流计算、轨道外热流模拟、真空冷黑、热边界条件、热计算和热设计等因素.在对上述各项因素综合研究的基础上,提出了用于空间光学遥感器热平衡试验的装置,并用AutoCAD软件完成了其结构设计.简述了该试验装置的构造、特点和设计方法.     

空间光学组件的动力学环境试验

动力学环境是空间光学遥感器及其组件研制中不可忽视的一个重要因素,因为它会对整机或组件造成结构性的破坏,所以在其研制的不同阶段须进行充分的动力学环境试验。空间光学系统是执行重要任务的子系统,在结构及其性能、工作精度要求、密封性、可靠性等方面均有比较特殊的要求。组件乃至系统不仅须经历动力学环境试验的严格考核,而且还须在此基础上通过其它相关试验做进一步的测试。针对空间光学组件及系统的特点和要求,对各种因素进行了综合研究并编制了各类组件的动力学环境试验大纲。同时,对试验中的控制、监测、试验夹具、安全等诸方面的技术实施做了分析和探讨。     

机载激光通信中气动光学的影响及补偿

为了抑制机载激光通信中大气附面层引起的散斑现象,开展了气动光学效应及相应补偿方法的研究。从理论上分析了气动光学效应对光传输的影响;根据试验飞机型号和设备安装位置,对光学窗口形状、厚度等参数进行了优化设计,并对窗口变形和空气流场分布进行了仿真分析,完成了光学窗口改造。最后,根据试验中大气附面层引起的接收光斑离焦现象,进行了光学仿真,研制了3种焦距的补偿镜。在飞行距离为10~140km,飞行高度为1 500~4 500m条件下进行了飞行试验,对不同补偿镜的补偿效果进行了分析。结果显示,在接收光路中增加焦距为5.5×105 m的凸透镜后,接收光斑离焦现象得到了抑制,接收光功率闪烁方差减小了1/3,表明经过补偿后的光学窗口可有效抑制大气附面层对激光通信的的影响。     

空间光学遥感器轨道外热流的模拟

通过热平衡试验,探索飞行器及其组件特别是关键光学组件受空间高真空和超低温环境作用的热效应规律、验证其热设计的正确性、修正热分析模型以及考核热控系统维持各组件和整个系统在规定工作温度范围内的能力,其中非常重要的一项任务在于采用合理的模拟方法和适宜的加热装置来模拟其轨道外热流的等效作用.针对其结构、表面特性、外热流分布的特点和热平衡试验的要求,叙述了一种轨道外热流的红外模拟方法和工程算法,着重提出了空间光学遥感器外露光学组件轨道外热流的模拟方法及其装置.借助计算机软件,在验证和修正的基础上,确定模拟装置的红外加热片的参数.研究结果提供了一种模拟飞行器组件、空间光学遥感器光学组件外热流的途径.     

高隔离度光学环形器偏振灵敏度分析

本文在介绍一种光学环形器基本原理和结构的基础上,着重分析了影响该环形器偏振灵敏度的因素,给出了偏振灵敏度的数学表达式。实验研制的光学环形器的测试值与理论值吻合较好。     

空间光学遥感器轨道外热流的计算与软件设计

简述了采用离散平面假设,计算空间光学遥感器的太阳辐射、地球红外辐射及地球阳光反照角系数和轨道外热流的方法。结合空间工程的结构、轨道参数和工况要求,设计开发了其实用计算软件以及与PATRAN软件进行数据传递的接口软件。该方法和软件已在实际工程的热分析计算中得到应用,适用于空间飞行器轨道外热流的计算。     

微型光机电系统

微型电子机械系统（ＭＥＭＳ）与光器件融合于一体的微型光机电系统（ＭＯＥＭＳ）成为ＭＥＭＳ研究的一个重要方向,它将会给光器件的发展带来新的飞跃,而光系统因无需力的输出,正是ＭＥＭＳ的一个理想的应用领域。本文主要介绍几种有突破性的、具有可动部件的微型光机电系统,最后提出一种新型的微光学开关。     

空间光学仪器研制开发中的虚拟工程技术

论述了虚拟工程技术在空间光学仪器研制开发中所起的重要作用及其特点,概括性地描述了虚拟工程技术在产品设计、工程分析、制造等方面的应用。     

空间光学系统的热分析

利用有限元方法对空间光学系统在各种空间热环境下的传热学及热力学响应进行了模拟仿真,通过对温度梯度分布的分析,采取了相应的热控手段,使系统的温度响应明显减小.     

基于Cantor结构的一维光子晶体耦合腔的光学特性

在N=3的三分Cantor多层结构的基础上设计了一种光子晶体耦合腔结构,用传输矩阵法研究了这种耦合腔结构的光学特性。结果表明,新结构有更宽的带隙,并在宽带隙中出现了一个损耗非常小的超窄透射窗口;保持缺陷层的几何厚度不变,改变缺陷层介质的折射率,该透射窗口位置能在很大的范围内移动。这种新的耦合腔结构可用作超窄带光子晶体滤波器或波长可调谐滤波器,在光通信超密集波分复用和光学精密测量等领域中有应用价值。     

空间准直性对激光外差干涉信噪比的影响

本文通过理论分析和实验对空间准直性对激光外基干涉信噪比影响进行了研究．并且给出了实验的数据，使其在激光外差的无接触探测中对提高外差系统的信噪比起着重要的参考作用，实验测试与理论分析吻合。     

空间光学仪器结构件的动态特性分析及优化

利用CAE的建模及仿真手段对空间光学仪器结构进行了动态特性分析、发射运载过程及空间环境激励响应的仿真,并对方案进行可行性研究。利用有限元法与优化方法相结合的手段进行了可行方案的优化设计,为解决在空间光学仪器的设计过程中如何针对环境条件合理选择设计参数提供了积极的、有价值的参考。     

Optical cell for combinatorial in situ Raman spectroscopic measurements of hydrogen storage materials at high pressures and temperatures

An optical cell is described for high-throughput backscattering Raman spectroscopic measurements of hydrogen storage materials at pressures up to 10 MPa and temperatures up to 823 K. High throughput is obtained by employing a 60 mm diameter × 9 mm thick sapphire window, with a corresponding 50 mm diameter unobstructed optical aperture. To reproducibly seal this relatively large window to the cell body at elevated temperatures and pressures, a gold o-ring is employed. The sample holder-to-window distance is adjustable, making this cell design compatible with optical measurement systems incorporating lenses of significantly different focal lengths, e.g., microscope objectives and single element lenses. For combinatorial investigations, up to 19 individual powder samples can be loaded into the optical cell at one time. This cell design is also compatible with thin-film samples. To demonstrate the capabilities of the cell, in situ measurements of the Ca(BH(4))(2) and nano-LiBH(4)-LiNH(2)-MgH(2) hydrogen storage systems at elevated temperatures and pressures are reported.