为研究星载设备在复杂力学环境下的振动响应特性, 利用有限元分析软件对光谱仪光路切换组件进行仿真分析。首先根据星上载荷的力学环境试验条件, 通过谱形参数计算方法建立星上载荷输入谱密度激励曲线图。随后, 对光路切换组件进行模态分析和随机振动分析, 得到激励谱条件下组件的振动响应结果和最大等效应力。强度校核计算结果显示组件安全裕度为 1.57, 满足刚度和强度要求。最后, 对整机振动进行试验验证, 验证结果显示组件结构完好, 且光学性能比照试验结果显示振动前后, 三个通道的卤素灯图像的成像范围、光谱强度特性等基本一致, 光路切换组件无异常变化, 验证了仿真分析的可靠性。

在星载大气痕量气体差分吸收光谱仪的研制过程中, 需要对其信噪比、光谱分辨率、光谱定标精度等性能指标进行测试, 为此需要设计专用二维转台以实现不同视场在不同角度下的测试。根据光谱仪参数测试要求, 提出转台设计方案, 设计转台结构, 建立三维模型, 并对主要零部件进行选型。转台的方位轴 ±180° 转动, 满足 114° 的主视场测试要求; 俯仰轴 ±20° 翻转, 实现太阳视场需求; 机械定位精度为 ±0.01°。 转台提供两种安装方式, 光谱仪竖立安装进行太阳视场测试, 水平安装进行主视场测试。转台支撑框架在不同的工况下承受载荷的作用, 利用有限元软件对框架结构进行仿真, 分析结果验证了框架设计的合理性。

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪具备对地观测、太阳光光谱定标、卤素灯探测器自检三种工作模式, 所以需要三条相应的光学系统光路。为了使得光路得到充分利用,三条光学系统光路共用一部分光路,故设计太阳挡板活动部件、 光路切换活动部件和漫射板定标活动部件用于切换三条光路。 三个活动部件进行了部件寿命试验,而且整机进行了热真 空和热平衡试验,实验结果表明活动部件运行正常,活动部件满足寿命要求和环境适应要求。

为了获取高信噪比的图像, 采用紫外敏感型科学级光电探测器CCD47-20, 设计了可在特定紫外波段对燃料燃烧火焰进行快速曝光成像的紫外成像系统。CCD47-20具有较深的势阱, 可以保证成像系统的信噪比。然而对于此类CCD, 其曝光时间通常在200 ms以上。为了实现对目标的快速曝光, 在分析CCD47-20的性能及工作原理基础上, 设计了基于两次帧转移、一次水平读出的CCD驱动时序方法, 完成了成像系统的设计, 将CCD的曝光时间缩短至10 ms。在实验室对系统进行了辐照测试, 结果表明, 当曝光时间改变时, CCD响应度为线性, 验证了时序及驱动电路设计的正确性。信噪比测试结果表明系统信噪比达到46.8 dB。在外场, 对固体燃料火焰进行了成像, 获取了火焰在特定紫外波段的图像, 捕捉到了剧烈燃烧的火焰形状, 验证了紫外成像系统快速曝光的性能。

星载差分吸收光谱仪是一种高精度的空间光学遥感器,基于被动DOAS技术,利用成像光谱仪获取高光谱、高空间分辨率的光谱信息。载荷的温度水平、温度波动 范围对仪器的正常工作与测量精度有较大影响,温控指标要求较高。由于光机结构紧凑复杂,且需兼顾光路系统的温度要求,导致局部散热成为整个系统中的 难点。为满足探测器对温度环境的要求,针对仪器的结构布局特点及热耗分布情况,提出了被动热控为主、主动热控为辅的设计方案;利用I-DEAS/TMG热分 析软件对光谱仪的在轨温度水平进行了仿真计算,得到典型工况下各散热环节的温度分布及温度波动情况。仪器进行了整机热平衡试验,验证了热 设计的合理性,并将试验结果与热分析结果进行了对比。试验结果表明：光谱仪各部件温度均能够满足指标要求,热设计合理可行。

差分吸收光谱仪具有114°×0.5°的视场、0.3～0.5 nm 的高光谱分辨率、13 km×48 km的高 空间分辨率的技术指标要求,为了达到这些技术指标,不仅需要光学系统设计满足这些要求,也需要专门 的平台用于装调光谱仪的光学系统。基于差分吸收光谱仪装调需求,研制了三维调整机构用于装调光谱 仪的光学系统,三维机构分为升降维、偏转维和悬臂旋转维。升降维可以在竖直方向上下调节,且可 达到0.05 mm的分辨率,满足光谱仪位置调节需求。偏转维可以实现±3°左右摆动,且可以实现3\prime 的分辨率,满足光谱仪0.5°视场的需求。悬臂旋转维可以实现竖直面内±62°的旋转,通过 两级蜗轮蜗杆运动传递实现5\prime \prime 的高分辨率,满足覆盖114°光源输入的调节。