空间光学系统污染评估方法研究.pdf

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1、硕士学位论文空间光学系统污染评估方法研究RESEARCHONPOLLUTIONEVALUATIONMETHODOfSPACEOPTICALSYSTEM魏爽哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN929.12学校代码：10213国际图书分类号：621.391.6密级：公开工学硕士学位论文空间光学系统污染评估方法研究硕士研究生：魏爽导师：周彦平教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：光电子信息科学与技术答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN929.13U.D.C:621.391.6

2、DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPOLLUTIONEVALUATIONMETHODOfSPACEOPTICALSYSTEMCandidate：WEIShuangSupervisor：Prof.ZhOUYanpingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：OpticalEngineeringDept.ofOptoelectronicInformationAffiliation：Science&Techn

3、ologyDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要空间沾染对航天器上的光学系统造成严重影响，沉积在光学系统表面的污染物会使光学系统的光传输率（反射率、透射率）下降，从而降低整个光学系统的性能。航天器用材料出气是造成污染的重要原因之一，当光学系统表面沉积的污染物较多时，会造成光的衰减，因此要对光学系统进行损伤分析。卡塞格伦光学系统作为卫星光通信最常用的光学系统，主镜和次镜的污染分析是非常必要的

4、。本文将从以上问题的角度出发，完成以下几方面的研究工作：1.针对空间材料的出气规律和出气成分叙述了材料的出气机理，给出航天器用材料出气的表征量定义并介绍表征量的测试问题。设计出多工位材料出气性能原位测试装置并介绍该装置的功能和进步点，总结了空间材料的出气规律和趋势。2.理论分析光能衰减性沾染占主导作用的情况以及光能衰减性沾染对光学表面反射率和透射率的影响。设计了用于损伤评估的多工位材料出气性能原位测试装置，用以制备用来做损伤评估的光学基片。本文在有限的实验条件下进行了模拟实验，设计并完成在可见光范围和红外光范围下光学系统损伤效应测试实验。并对

5、实验数据进行了分析、拟合，得到了关于污染物质量厚度与光学系统光强透过率的衰减函数关系式，得到了关于碳粉沾染对光学系统光学成像影响的数据库。最后提出一种将碳粉作为标准材料的等效分析方法，即：将光学系统上沾染的不同污染物通过损伤程度分别换算成等价质量厚度的碳粉，那么就可以通过等价碳粉的质量厚度叠加，依据碳粉沾染物对光学系统的损伤关系，评估各类污染物引起的总光学系统的损伤。3.提出空腔沾染分析理论，以卫星光通信常用的卡塞格伦光学系统为例，分析卡塞格伦光学系统所可能遇到的两种污染情况。基于主次镜镜面方程，建立等立体角空腔沾染模型：假定材料出气物质是向

6、空间4π立体角扩散，扩散各向同性，通过计算镜面相对于空间污染源所对应的空间立体角，计算光学镜面的沾染物总量，结合镜面面积，求得相应的质量厚度。结合前述光学系统的透射率与污染物质量厚度的关系，可以进行光学系统的污染损伤分析。本文建立了卡塞格伦光学系统的污染评估分析模型，并通过仿真得到了光学镜面污染物浓度的分布情况。为空间光学系统的污染评估提供了一种新的分析方法。关键词：材料出气；光学损伤；卡塞格伦光学系统；空腔沾染模型哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSpacecontaminationhasaseriousimpactontheo

7、pticalsystemonthespacecraft.Contaminantsdepositedonthesurfaceoftheopticalsystemcanreducethelightintensitytransmissionrateoftheopticalsystem,therebyreducingtheperformanceoftheentireopticalsystem.Theoutgassingofspacecraftmaterialsisoneoftheimportantcausesofpollution.Whenthere

8、aremanypollutantsdepositedonthesurfaceoftheopticalsystem,lightattenuationwilloccur