通过发射电子束测量空间地磁场是一种新的有效的地磁场高精度测量方法，但电子束发射对在轨航天器自身状态和安全存在影响。为了研究这一影响，从同步轨道充电机制出发，基于轨道限制机制和朗缪尔方程研究了航天器发射高能电子束时的诱发充电模型，推导了不同初始电位情况下束流发射的平衡电位公式，并编制程序研究了这一过程中粒子束电流、能量、光照等因素对航天器充电电位的影响，得到了航天器对外发射高能电子束时诱发航天器自身或平台的充电电位随时间变化规律，并通过部分解析解对比验证了模拟结果的正确性。

非真空环境下，基于电替代测量原理的辐射热流计存在光电不等性来源复杂、难以开展实验测试修正等问题。为了进一步提高辐射热流计的测量准确度，首先分析辐射热流计光电不等效来源，其次结合传热学理论和限元分析法建立辐射热流计热结构模型，并以真空-空气比对实验验证有限元模型的有效性，最后基于有限元热结构模型对传热过程的不等效性进行修正。有限元模型的真空-空气响应度测试结果与实验测试结果相差1.7%，传热时存在的不等效为0.28%。光电不等效修正系数为1.002 35，相对不确定度为0.29%。通过上述方法完善了辐射热流计的修正体系，提高测量准确度，并为其优化改进提供指导性建议。

为了减小对卫星上的空间使用，针对定标特点，本文提出了一种用于积分球光源准直照明的自由曲面反射镜设计方法。采用该方法，能够以小口径的积分球实现大面积的方形均匀辐照度分布。首先，通过点光源模型建立自由曲面离轴反射照明数学模型，然后，通过切比雪夫点离散自由曲面，并求解出满足点光源照明的自由曲面模型，最后，分析积分球的光源特性，通过逐步优化自由曲面能量分布方法完成点光源照明模型到积分球照明模型的转变。通过分析可知，设定照明面积为140 mm×140 mm时，目标面的辐照度非均匀性的不均匀度小于0.02。满足星载定标轻量化，短光路，结构简单的需求。

针对宇航微波器件功率密度越来越大，空间电子可能诱发微波器件发生微放电的潜在威胁，通过设计特殊波导结构，利用电子枪提供的种子电子入射到特殊波导内，在波导内通入大功率微波信号，利用检波器和示波器分别检测透射波形和反射波形，观察微放电现象的持续过程；改变电子入射能量，观测到不同程度的微放电现象，该电子枪提供种子电子诱发波导微放电效应的实验方法为微波器件微放电效应研究提供了重要手段。

针对超光谱分辨率成像光谱仪多通道探测需求，本文设计了一种超光谱分辨率紫外双通道共光路成像光谱仪。该成像光谱仪望远系统采用视场离轴的离轴三反结构，分光系统采用了具有小型轻量化优点的改进型Offner结构。通过对Offner光谱仪结构的理论推导，得出了满足超光谱分辨要求的双通道共光路Offner初始结构参数。为了提高成像光谱仪的成像质量，在Offner结构中引入弯月透镜，并对系统进行逐步优化。最终得到的双通道共光路成像光谱仪工作波段为280~300 nm和370~400 nm，在奈奎斯特频率为27.8 lp/mm时，双通道的调制传递函数（MTF）均优于0.8，全视场均方根半径（RMS）均小于9 μm，光谱分辨率均优于0.1 nm。本文研究对天基超光谱探测成像光谱仪小型化、集成化设计具有重要意义。

卤钨灯光谱辐照度衰减会增加灯-板系统的光谱辐亮度不确定度，因此，有必要对卤钨灯的衰减特性展开研究，以提高灯-板系统光谱辐亮度精度。首先，根据黑体辐射定律和维尔斯特拉斯定理，在400~1300 nm波段，提出了一种包含待定阶数的卤钨灯光谱辐照度衰减模型。然后，实验测量卤钨灯的光谱辐照度衰减曲线，分别利用不同阶数的模型对其光谱辐照度衰减曲线进行最小二乘拟合。最后，以满足重建精度要求的最低阶数作为卤钨灯光谱照度模型的阶数。对于本文所用型号的卤钨灯，当模型阶数为二阶时卤钨灯光谱辐照度衰减曲线的重建精度优于0.25%。本文给出的光谱辐照度衰减模型为提高灯-板系统的光谱辐亮度精度奠定了理论基础。

为满足实验室条件下长时间、高精度的热流密度测量要求，基于电替代测量原理研制了一种新型辐射热流计，该型辐射热流计可通过自校准的方式溯源至国际单位制单位。本文简述了辐射热流计的系统构成，结合辐射热流计的测量原理，分析并计算了辐射热流计自校准过程中9项影响量的测量不确定度和合成标准不确定度。通过与中国计量科学院所标定的标准探测器比对，计算了辐射热流计的不确定度，最后根据实验数据及分析结果为该型热流计的优化设计提供了参考。实验结果表明：辐射热流计的相对标准不确定度优于0.26%，与标准探测器的归一化偏差为0.60，验证了不确定度评估结果。实验结果将为辐射热流计下一阶段的研制提供有效参考。

高精度星上辐射基准的建立是提升在轨辐射定标精度的主要技术手段，本文开展了溯源至国际基本单位制（SI）的空间低温绝对辐射基准研究。自主研制高灵敏度低温绝对辐射探测器，设计高热阻的探测器与冷指连接结构以提升灵敏度，通过多级精密温控建立优于0.4 mK的高稳定热环境。采用大冷量两级脉冲管制冷机，通过压缩工质气体的斯特林循环获得20 K的深低温工作环境。建立低温绝对辐射测量链路，评估测量不确定度，并与国家计量科学研究院的基准低温辐射计进行对比。实验结果表明：空间低温绝对辐射计实验样机的灵敏度达到3 565 K/W，对0.4 mW量级激光功率的测量重复性达到0.017%，相对标准不确定度为0.029%；与基准低温辐射计的归一化偏差为0.4，验证了不确定度评估结果的有效性。该工作为研制空间低温绝对辐射计奠定关键技术基础，对基于绝对探测器的在轨辐射定标方法研究具有重要意义。