空間沾染物對光學系統(tǒng)成像的影響研究.pdf

1、近些年，隨著空間技術的發(fā)展，我國的航天事業(yè)取得了一系列突破性進展，但仍有許多空間技術難題，還未解決。其中，長期暴露在空間深冷環(huán)境中的航天器會遭受空間沾染物質的污染，會對空間光學系統(tǒng)的成像造成嚴重的影響。上個世紀七八十年代，美國總共有二十多顆衛(wèi)星因為受到空間污染而出現(xiàn)運行故障。從此，以美國為主的各國航天設計人員開始對空間污染問題進行了大量研究，以便對空間可能產生的污染進行有效的預防和控制，保障空間飛行器的正常運行。
　　本文就是基于

2、以上背景，通過實驗測試研究的方法研究遮擋性沾染對光學成像系統(tǒng)的影響，通過仿真計算的方法探究散射性沾染對光學成像系統(tǒng)的影響，最終完成空間沾染對光學系統(tǒng)成像的影響研究分析。主要內容包括：
　　討論了空間沾染物質的來源及分類，根據(jù)沾染量的多少及沾染所產生的影響效應，將光學沾染分為遮擋性沾染和散射性沾染。通常認為污染物沉積到光學表面后，系統(tǒng)的光學透過率和反射率降低，而實際上在污染物質的量很少的情況下，污染并不影響系統(tǒng)的光學透過率和反射率，

3、而是產生了光學散射效應。本論文將從兩個方面研究空間沾染對光學系統(tǒng)成像的影響機理：當沾染的量較大，使得光學系統(tǒng)光學透過率和反射率降低時，這種遮擋性沾染所引起的光學性能變化；以及在沾染量非常少，尚未引起光學透過率和反射率明顯變化時，微粒在光學表面的微量沾染即散射性沾染所引起的光學性能的變化。
　　對于遮擋性沾染問題，建立了基于光學系統(tǒng)成像面光譜輻照度變化的光學系統(tǒng)沾染損傷模型，篩選了碳粉、真空光學油漆和硅油三種空間常見污染物質，對遮擋

4、性沾染引起的光學損傷對光學系統(tǒng)成像的影響效應進行了實驗研究。分別研究了遮擋性光學沾染對可見光和紅外光成像的影響，研究了成像質量與沾染程度的關系，從而得到較大量污染對光學系統(tǒng)成像的影響效果。通過研究結果可以得到，當碳粉沾染質量厚度大于3×10-6g/mm2時，整個系統(tǒng)光學元件的透過率開始低于50％，而當碳粉沾染質量厚度達到16×10-6g/mm2時，系統(tǒng)的光學透過率將下降到幾乎為零。而與黑色油漆沾染對比來看，在系統(tǒng)光學透過率下降為70％和

5、50％時，碳粉沾染對光學透過率的影響更明顯，而當透過率下降到30％時，油漆更容易對光學系統(tǒng)傳輸率造成影響。油膜分子沾染對光學成像的影響雖然沒有粒子沾染影響效果明顯，但會產生薄膜干涉現(xiàn)象影響光學成像。
　　對于散射性光學沾染問題，建立光學成像系統(tǒng)表面微量沾染分析點陣模型，研究微量沾染所引起光線衍射對光學成像系統(tǒng)的影響效應。用夫瑯禾費衍射理論對散射性沾染問題進行理論研究和分析，分別針對可見光波段和紅外波段的散射性光學沾染進行了仿真計算