个环节 。热设 计 时应尽 量 降低热控 系统 的质 量和 能耗 ， 同时 保证 较 高 的适 应性 和 可 靠性 。 图 １所 示 为一 个典 型 的热 光 学分 析 与 热 设计 流程 简 图 ，
化 。在热光学分析过程中， 温度数据仅仅是一
种 中间变 量和设 计 结 果 ， 作 为 热设 计 的 最 终指 不 标 。美 国早 在 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 ， 开 始采 用热 光 就
案。首先 ， 阐述 了热光学技术 的一般方 法以及热光学技术与热设计 的关 系 ， 同时根 据空间光学遥感器所处 的空 间环境和 结构特点 ， 应用被 动和主动热控技术对 空间光学系统进行 了热设计 。然后 ， 利用有 限元 方法对热控后 的温度 场和热 弹性 变形进行 了分析 ， 得出该温度载荷 条件 下光 学元件 表面 的变形 量及 刚体位 移量 ， 用 Ｚｒｉｅ多项式 进行 了波 面拟合 。 利 ｅ ｋ ｎ 最后 ， Ｃ ｄ Ｖ光 学设 计软件计算 了热载荷作 用下光 学系 统的传 递 函数 。结果 表 明， 用 ｏｅ 各种 工况 下全 视场范 围 内光学 系 统分 辨率为 ５ ０ｌ ， ｐ时 传递 函数均超过 ０ ５ 成像 良好 ， ．， 能够满 足光学设计指标 ， 热设计方案合理 可行 。 关 键 词： 空间光学 ； 学 系统 ； 光 热设计 ； 热光 学分析
收 稿 日期 ：０ ９ １１ ： 订 日期 ：０ ９ ４１ ２ ０ － —５ 修 ０ ２０ － —９ ０
中国光学与应用光学
第３ 卷
镜 进行 热设计 ， 采 用 波前 探 测 器 实 时测 量 光 学 并
１ 引 言
空 间遥感 器是 长 寿命 对 地观测 卫 星的主 要有
元件 的波 面变化 。俄罗 斯莫 斯科空 间研 究所设 计 的热光学 试验 装 置 ， 可在 真 空 罐 中实 时检 测 带 有 真 实温度 梯 度 的 主镜 光 学 面形 变 化 。在 国内 ， 中 科 院长春 光机所 近 年来结 合课题 进行 了大 胆 的尝
中， 因此 光机 结构 中呈 现 出不 同部 位具 有 不 同 的 温度 ， 至 同 一 部 位 在 不 同 时刻 温度 也 不 相 同 。 甚
满 意 的结 果 ＿ ７。本 文对 某空 间光 学遥感 器 的光 ２ ～３
学 系统进 行 了热 设 计 ， 利 用 光 一 ． 集 成 的 热 并 机 热 光学 分析 技术对 光学 系统 的热设 计方 案进行 了论
基 ， 学 技术 的 空 间光 学 系统 设 计 千执 Ｊ ■光 ＇ ’ 热
陈立恒， 吴清文， 巨， 亮， 刘 郭 于善猛
（ 科学院 长春光学精密 中国 机械与物理研究所， 林 长春 １０３ ） 吉 ３０３
摘 要 ： 了 验证 空 间 光 学 系 统 热 设 计 的 合 理 性 ， 用 光 一 一 集 成 的热 光 学 分 析 技 术 论 证 了空 间 光 学 系 统 的 热 设 计 方 为 利 机 热
件， 自行 编制 了软件 问 的接 口程 序 ， 本具备 了热 基
光 学分析 能力 ， 首 次采 用 热 光 学 分析 法 对 详 查 并 相机 光学 窗 口和外 遮 光 罩 进行 了热 设 计 ， 到 了 得
空间光学 遥感 器在 整个 寿命期 间处 于真 空冷黑 环 境 中 ， 到不 断变 化 的空 间外 热 流 和 内部 热 源 的 受 影 响 ， 温度水 平 和 分 布状 态 也 处 于不 断 变 化 之 其
Ｃ Ｅ ｉ ｅｇ ＷＵ Ｑｎ —ｅ ， Ｉ ｕ Ｇ Ｏ Ｌａ ｇ Ｕ Ｓ ａ — ｎ Ｈ Ｎ Ｌ— ｎ ， ｉｇｗ ｎ Ｌ Ｕ Ｊ ， Ｕ ｉｎ ，Ｙ ｈ ｎｍｅｇ ｈ
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能。
光学分 析所 制订 的温度 指标 范 围 内。空间光 学遥 感 器 系统 的热控 措 施 是对 抗 环 境 温 度剧 烈 波 动 ， 保证遥 感器 光学 系统正 常工 作 的主要手 段 ， 因此 ，
遥 感器 系统 的热 设计是 工程 设计 中极 为重要 的一
所谓 热光学 分 析 技术 ， 就是 直 接 采 用 光 学指 标 对 空 间 光 学 遥 感 器 的 热 设 计 进 行 评 价 和 优
ｂ ｏ ｅ ｙＣ ｄ Ｖ．Ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｔａ ｈ Ｆ ｏ ｐ ｃ ｐ ｉａ ｙｔｍ ｓｂ ｔ ｒｔａ ． ｅ ｔ ｒｓ ｌｔ ｎ ｉ ｈ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｈ ｔｔｅ ＭＴ ｆｓ ａ ｅ ｏ ｔ ｌｓｓｅ ｉ ｅｔ ｈ ｎ ０ ５ ｗｈ ｎ ｉ ｅ ｏｕｉ ｓ ｓ ｃ ｅ ｓ ｏ
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文 献 标 识 码 ： Ａ 中 图 分 类 号 ： ２ ３５； ４ ６ ４ Ｖ ４ ． Ｖ １．
Ｔｈ ｒ ａ ｓｇ ｆ ｓ ａ ｅ ｏ ｔｃ ｌｓ ｓ ｅ ｅ ｍ ｌｄｅ ｉ ｎ ｏ ｐ ｃ ｐ ｉ ａ ｙ ｔ ｍ
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第 ３卷
第 ３期
中国光学与应用光学
Ｃ ｉｅ ｅＪ ｕ ｎ ｌ ｆＯｐｉｓａ ｄ Ａｐ ｌ ｄ Ｏ ｔ ｓ ｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｏ ｔ ｎ ｐ ｉ ｐ ｉ ｃ ｅ ｃ
Ｖ０ ＿ Ｎｏ． Ｉ３ ３
２１ ０ ０年 ６月
Ｊｎ ００ ｕ ｅ２ １
文章编号
１７ —９ ５ ２ １ ）３０ ２ －６ ６４２ １ （０ ０ ０ －２ ３０
Ｚ ｒｉｅｐ ｌｎｍｉ ｓ ｉａ ｙ ｈ ｄ ｌｔ ｎ Ｔａ ｓ ｒＦ ｎｔ ｎ ＭＴ ）ｏ ｐ ｃ ｐｉ ｌ ｙｔｍ ｉ ｃｌ ｌｔ ｅｎｋ ｏ ｏ ａ ．Ｆｎｌ ，ｔｅＭｏｕａｉ ｒｎｆ ｕ ｃ ｏ （ Ｆ ｆ ａｅｏ ｔ ａ ｓｓ ｓ ａｃ ａｅ ｙ ｌ ｌ ｏ ｏ ｉ ｓ ｃ ｅ ｕ ｄ
试， 引进 了几套 国际通用 的 ， 常是具 有较高 分辨 率 的大型光 学仪 器 。 通 卫星 的轨道 寿命与 任务性 质要 求遥 感器 在严酷 的
空问环境 下具 有可 靠 的光学性 能 ， 因此 ， 须有 较 必 高 的热稳 定性 ， 良好 的抵抗 空 问热 载荷 的能 力 。 即
学分 析法 对高分 辨率 光学 窗 口和大 口径空 间望远
本文所要研究 的内容就是从热设计到光学分析 ，
再 到热 设计 这样 一 个 闭环 过 程 ， 以验证 热 设 计 的
合理性 。
图 １ 热光学技术 与热设计 流程 简图
热 光学技 术反 映 的是 空 问光学 遥感 器系 统 的 光学性 能 和空 间热 环 境之 间 的相互 关 系 ， 能为 进
证， 验证 了热设 计 的合理性 。