空间红外探测设备的地面实验中,需要利用红外场景模拟器在实验室条件下生成模拟空间目标红外特征的红外图像,并通过投影光学系统将红外图像投影到待测设备上。因此,设计了一种可在100~300 K温度范围内工作的投影光学系统。该系统采用同轴卡塞格林结构,工作波段为3.7~5.5 μm,焦距为638 mm,视场为3.4°×3.4°,出瞳直径为102 mm,出瞳距离为660 mm。利用Zenike多项式对镜面的热致形变数据进行了拟合,利用ZEMAX软件对系统的成像质量进行了评价。仿真结果表明,该投影系统在不同温度下的调制传递函数均达到了设计要求,且该投影系统已成功应用于某空间红外探测设备的地面低温实验中。

为了提高真空低温环境下卫星大型抛物面型天线变形测量的精度, 对摄影测量技术中影响测量精度的主要因素之一测量网形进行了研究。通过理论分析发现, 环拍网形比航带网形更有利于提高抛物面型天线变形测量的精度。为了验证该结论, 设计了不同网形的对比试验, 搭建了针对实现网形拍摄的移动机构, 并以形面偏差的稳定性和长度平均偏差大小作为判断标准, 对直径5 m的抛物面天线模型进行了测量, 测量结果与理论分析一致。

红外辐射面源黑体应用于特定红外特性目标的模拟, 各种红外探测、制导系统的外场测试。随着空间应用的红外成像器的口径的增大, 红外辐射面源的口径也相应增大, 为了保证超大辐射面黑体的性能指标满足要求, 必须对其在真空低温条件下进行性能校准。但目前国内还没有相应计量标准, 无法保证测试结果的准确可靠。设计了一种真空低温环境下超大面源黑体现场校准装置, 实现对超大面源黑体的发射率、辐射温度、温场均匀性、温度稳定性等性能参数的校准, 并取得了较好的试验结果, 实现了真空低温环境下超大面源黑体的参数校准。

介绍了一套在真空低温环境下使用的摄影测量系统。该系统主要用于真空低温环境下对卫星天线等由于热变形而导致的面形变形进行测量, 其测量方法采用了摄影测量法的基本原理。该设备为国内首套自主研制的真空低温环境用非接触摄影测量系统, 主要由CCD摄影组件、标尺、支撑机构、试件加热设备和专用图像处理软件组成。采用该测量系统在模拟空间环境下对Φ660mm口径反射面卫星天线进行了一次变形测量试验, 通过试验完成了对被测天线的变形测量, 获得了大量的数据, 验证了采用该套测量系统在模拟空间环境下进行天线变形测量的可行性。通过分析, 该套测量系统的相对测量精度达到了1/20000。

为了实现超导球形转子在低温环境下高速稳定的旋转，设计了一种基于迈斯纳效应的超导转子旋转驱动装置。该旋转驱动装置主要包括超导定子和超导球形转子两部分，定子采用两相结构，转子采用在其内壁上开有4个窗口的空心结构。利用定子超导线圈的磁场在空心转子内壁窗口上产生的转动力矩驱动转子旋转。然后，通过Ansoft软件对超导转子旋转驱动力进行了有限元分析。分析表明，驱动力矩与驱动电流的平方近似成正比例关系。在4.2 K，30 Pa下进行了转子旋转实验，结果显示，30 A驱动电流下转子转速达到了8 512 r/min，表明该旋转驱动装置能够将转子加速到8 500 r/min以上的工作区域，为进一步优化装置设计参数以及提高转子旋转稳定性奠定了基础。

介绍了超导转子旋转驱动原理以及应用在超导转子旋转装置中的一种光纤传感测量系统。光纤传感测量系统包括微位移光纤传感器、转速光纤传感器、电机控制光纤传感器和信号读取图形,该系统能够进行转子悬浮微位移和旋转速度的测量并提供转子旋转所需的控制信号。在4.2 k低温下进行了转子悬浮和旋转实验,超导球形转子悬浮微位移测量分辨率为10 μm,转子转速达到了1 365 r/min。实验结果为进一步应用光纤传感测量系统精确监控超导转子工作姿态提供了参考。