为满足低等级红外探测器组件在高可靠性领域的空间应用需求, 对星载红外探测器组件进行温度循环试验、力学试验以及高温老炼试验等环境试验考核, 并基于双积分球式均匀照明系统对环境试验前后红外探测器组件相对光谱响应率进行测试。通过对比环境试验前后红外探测器组件相对光谱响应率变化, 分析红外探测器组件的环境适应性, 揭示红外探测器组件的质量缺陷及其他潜在缺陷, 剔除早期失效, 并从参试红外探测器组件中筛选出性能优良的探测器应用在星载偏振扫面仪进行大气偏振探测。试验结果表明: 参试的红外探测器组件在环境试验前后具有良好的稳定性和可靠性, 可以满足航天载荷应用需求。

偏振扫描仪(POSP)是一台分孔径、分振幅同时偏振测量的遥感器。简要介绍了POSP的光机系统设计以及部分指标要求。为保证测量精度,针对仪器在运输与发射阶段力学以及在轨运行的热环境,对POSP光机进行了环境适应性设计与分析,并通过热真空与鉴定级力学试验进行验证。试验结果表明,仪器的基频约为110 Hz,各阶模态与仿真结果基本吻合,整机强度和刚度满足要求;热真空试验后,仪器遥感测量输出正常,光机各部组件工作正常。在热、力学试验前后分别进行了整机性能测试,结果显示试验前后视场重合度均大于90%,偏振精度优于0.5%。该仪器具有良好的空间热以及力学环境适应性,满足仪器地面和在轨稳定、可靠的工作需求。

高分辨率空间相机受发射段恶劣的力学环境以及空间复杂的温度环境影响, 光学系统会产生微小的离焦量。为保证相机成像质量, 本文设计了一种由蜗轮蜗杆与凸轮滑块机构组成的新型高精度调焦机构来修正离焦量。该设计通过蜗轮蜗杆实现第一级减速, 并且使驱动器旋转轴与光轴正交, 使机构更紧凑。通过凸轮滑块机构进一步进行减速, 同时将旋转运动转化为直线运动, 并通过直线导轨保证滑块的直线运动精度。该机构体积小、精度高, 并且能实现断电自锁。机构运动副上溅射固体润滑涂层, 防止发生真空冷焊。结合机构自身的特点, 分析了机构调焦的分辨率与误差。对该机构开展了力学与热真空循环试验, 试验前后对机构的精度指标进行了对比测试。试验与测试结果表明: 该机构环境试验后性能参数正常, 其调焦位移误差优于5.8 μm, 线性度优于0.3%, 偏摆角优于14″。在热光试验中通过调整焦面, 成像质量有显著的提升。该调焦机构能够满足光学系统的精度与环境适应性要求。

为解决弹载机电产品贮存环境试验最小试验样本量确定的问题, 提出一套适合工程应用的设计方法。针对自然贮存试验的统计数据, 首先采用基于保序回归的倒挂数据处理方法(PAVA算法)进行数据预处理, 然后采用基于极小卡方估计和拟合优度检验相结合的贮存可靠性评估方法建立寿命分布模型。最后针对所得模型, 提出以估计量的相对偏差作为精度指标, 计算在一定精度指标和置信水平下最小样本数量。结果表明, 该方法可以得到符合条件的最小样本量, 满足工程应用。

设计了一套用于导弹精确制导的激光及可见双模导引头, 采用RC复杂化设计双路共用主、次镜和多次光路折转的形式来减小结构体积。激光光路设计焦距为300 mm、视场为0.6°, 用于激光引导后最终目标的确认; 可见光光路焦距为100 mm、视场为3°, 用于较大区域内初始目标的搜索。设计过程采用计算机软件进行优化分析, 总质量控制在600 g以内, 在满足体积小、质量轻的同时确保了热稳定性和结构可靠性。环境试验结果表明, 可见光路的光学传递函数优于0.3@50 lp/mm, 满足最终使用要求。

从某空间相机的任务需求出发, 提出了采用基于碳纤维复合材料的高精密桁架作为主次镜间的支撑结构, 完成了相关设计和工程分析, 并在加工制造过程中, 对相关工艺流程进行了探索。确定了相关结构的制造工艺流程, 实现了该结构的高精密加工。最后, 深入开展了相关振动、力学和温度稳定性试验, 搭建了基于光学测量方法的自动测试平台, 排除了人为因素的影响, 实现了快速多次自动测量, 从而提高了测试精度。分析和试验结果表明: 所研制的大型碳纤维桁架质量仅为13 kg, 基频达到119 Hz, 在重力、10 ℃温升和4 ℃温差条件下的变形均小于4″, 各组件Φ864 mm安装接口的平面度优于8 μm, 同时实现了高度轻量化和高稳定性。该桁架已成功应用于某空间相机中, 提出的设计、试验方案和工艺流程可以作为其它同型空间相机结构设计的技术参考。

为了使光学仪器能适应低温潮湿环境,设计了一种复合型的保护玻璃防水雾透明导电薄膜。采用非平衡闭合磁场反应溅射技术在K9玻璃基底上沉积了氧化铟锡(ITO)导电膜以及复合型的透明导电膜系。采用光谱仪、方阻仪测试了样品的透射光谱以及方块电阻,并对样品进行了环境试验。结果表明,样品的光学技术指标以及抗恶劣环境性能均达到了使用要求。

为了实现空气质量的实时监测，设计了一种车载红外探测设备的光机结构。该结构采用大孔径、无焦反射式光学系统，即高精度扫描反射镜实现了方位和俯仰0~360°扫描。通过有限元方法对系统进行静力学分析，结果满足光机结构设计要求。用锤击法对样机进行了模态测试，并对车载环境下的设备进行了振动实验。结果表明，光机结构一阶频率为52 Hz，相对于车载环境的125 Hz具有足够的动态刚度及结构稳定性，可保证该设备正常工作。

为满足空间遥感器的高度轻量化要求，提高其结构的基频，减少100 Hz以下低频振动的影响，研究了高比刚度的轻型支撑桁架结构。针对同轴长焦距光学系统，基于三角形稳定的原理设计了一种6杆碳纤维复合材料桁架结构，并基于有限元法完成了其优化设计，使其质量降低了11%。为验证其可行性，研制了力学模拟件，进行了工程分析和动力学试验，并讨论了分析和试验的误差来源。分析和试验显示，模拟件的固有频率超过了120 Hz，表明所设计的支撑桁架合理可行，能够满足长焦距空间遥感器的使用要求。该结构在质量为13 kg的前提下，解决了目前该型遥感器基频较低的难题，该设计已成功应用于某相机结构中。