近年,用于航天环境模拟的光照模拟设备备受关注,其主要包括太阳光照模拟器,灯阵光照模拟器、红外加热笼等。太阳光照模拟设备主要包括灯室、积分器、窗口、反射镜等,因立式光照模拟结构特殊性其金属反射镜需要采用吊挂式结构,结合光照模拟系统高辐照、高热能特点, 会在金属反射镜表面产生较高热射能量, 其载荷作用下的温度均匀性及热变形指标对光照模拟设备的辐照均匀性影响至关重要, 即高辐照吊挂式金属反射镜对热稳定性要求较高。针对高辐照光照环境模拟设备使用的吊挂式米级金属反射镜热稳定性能进行系统性分析,主要针对立式光照模拟设备中使用的单块米级金属反射镜进行热稳定性分析,包括热仿真验证及分析、力学仿真分析、光学仿真分析,最终进行结构优化至满足高辐照光照模拟设备的辐照均匀性指标要求;提出的热稳定性分析方法对后续高辐照立式光照模拟设备中关键部件,吊挂式金属反射镜结构设计提供了指导方法。

太阳模拟器能够较准确地模拟太阳辐照的准直性、均匀性和光谱特性, 具有较高的空间外热流模拟精度。其主要用于航天器的热平衡试验、热涂层特性试验和材料老化试验, 可以有效地检验卫星的光辐照性能, 验证航天器的热设计。针对大中型太阳模拟器特性, 设计一种积分器组件, 可承受高温负荷, 保证大中型太阳模拟器的均匀性及辐照度性能指标。介绍了太阳模拟器积分器组件原理, 通过Lighttools、Flunet对积分器组件进行结构设计、热设计及仿真计算。设计结果表明, 中型太阳模拟器辐照面可达到Ф2000mm, 辐照度不均匀性可达到±4%。试验结构表明, 系统辐照面可达到Ф2000mm, 辐照度不均匀性可达到±3.75%, 辐照度最高可达到1.39个太阳常数, 能够满足大中型太阳模拟器使用。

随着航空航天技术的发展,空间环境模拟的需求增多,太阳辐照模拟也备受关注。目前,较为成熟的太阳模拟器多为卧式太阳模拟器,其准直镜机构多采用拼接形式,而立式太阳模拟器具有节省空间的优势,其发展日趋成熟。根据太阳模拟器的总体要求,设计了一种应用于高辐照立式太阳模拟器的大口径俯视多维调节准直镜机构。根据高辐照、低背景工作环境特点,设计了多维可调节柔性吊装机构。为了提高系统的整体调试性能,采用单块整镜结构设计,降低了结构的复杂性。针对以上设计进行了计算及仿真分析,结果显示,柔性吊装机构可以有效平衡准直镜自身重力及环境温度造成的应力变形,最终满足太阳模拟器辐照度及辐照均匀性的使用需求。

为了满足现代医疗领域中对内窥镜小型化、大视场的需求,采用反远距光学结构作为初始结构,利用Zemax光学设计软件在原有结构中加入5×5微透镜阵列,得到了一种工作于可见光波段、全视场为110°、焦距为1.55 mm、F数为4.2、最大通光口径为3.15 mm、系统总长为7.99 mm的高清电子内窥镜物镜光学系统。该系统由6片透镜组成,以光阑面为界分为前组和后组,其中前组包括一片前后两面均为阵列面的镜片,后组包含一组双胶合透镜。整个系统的光学调制传递函数在120 lp/mm处达到0.36,接近衍射极限,满足医疗使用的要求。设计结果表明,微透镜阵列在不改变口径的条件下对增大内窥镜光学系统视场有明显优势,在医疗领域具有广阔的应用前景。

针对离轴三反(TMA)结构相机消杂光问题,提出结构优化设计方法,即采用三种措施对关键表面结构进行优化设计,在弱化或遮挡杂散光路的基础上开展精细化仿真,降低关键表面的双向反射分布函数(BRDF)。结果表明:在关键表面添加挡光板组的方式可以获得极佳的抑制效果,降低消光漆的使用要求,减少工艺难度。