航天器目標(biāo)紅外和可見光輻射特性及其抑制方法研究.pdf

1、航天器目標(biāo)輻射特性的研究在航天技術(shù)、空間對(duì)抗、遙感探測及通訊導(dǎo)航等各領(lǐng)域都有著非常重要的意義。而對(duì)于空間對(duì)抗技術(shù)，尤其需要掌握對(duì)航天器目標(biāo)輻射特性進(jìn)行抑制的方法，這將有利于保持空間優(yōu)勢。本文在航天器目標(biāo)紅外及可見光輻射特性研究的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)探討了空間環(huán)境對(duì)目標(biāo)輻射特性的影響效應(yīng)，并提出了對(duì)航天器目標(biāo)輻射特性進(jìn)行抑制的方法。
　　具體完成了如下的工作：
　?。?）航天器目標(biāo)紅外輻射特性及其環(huán)境效應(yīng)研究
　　在分析航天

2、器目標(biāo)內(nèi)外熱源的基礎(chǔ)上對(duì)航天器目標(biāo)的紅外輻射特性進(jìn)行研究。建立了基于航天器目標(biāo)熱平衡的溫度場計(jì)算模型，同時(shí)考慮表面反射及自身輻射等因素，建立了航天器目標(biāo)紅外輻射通量計(jì)算模型。由航天器目標(biāo)紅外輻射的可探測特性分析可知目標(biāo)表面的平均溫度值，決定了目標(biāo)的可探測特性。通過空間光學(xué)系統(tǒng)表面沾染實(shí)驗(yàn)，研究空間沾染引起的航天器目標(biāo)紅外輻射特性環(huán)境效應(yīng)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得：表面沾染對(duì)航天器常規(guī)表面材料的目標(biāo)表面輻射特性的影響效應(yīng)是使其表面發(fā)射率增大，溫度升

3、高，紅外輻射特性增強(qiáng)。
　?。?）航天器目標(biāo)可見光輻射特性及其環(huán)境效應(yīng)研究
　　建立了基于航天器目標(biāo)表面漫反射性質(zhì)的目標(biāo)可見光輻射特性分析計(jì)算模型，以某地球同步軌道衛(wèi)星為例，采用基于蒙特卡羅的非序列光線追跡方法，對(duì)航天器目標(biāo)可見光輻射特性進(jìn)行計(jì)算和分析，用探測器上接收的輻照度值來描述衛(wèi)星目標(biāo)的可見光輻射特性。同時(shí)，由航天器目標(biāo)可見光輻射的可探測特性研究可知目標(biāo)表面的平均反射率值，決定了目標(biāo)的可探測特性。由于衛(wèi)星實(shí)體的對(duì)稱性，

4、不同觀測角度上探測的衛(wèi)星光學(xué)輻照度也具有對(duì)稱性，且輻照度值與觀測距離平方成反比關(guān)系。通過航天器目標(biāo)各組件材料的空間輻射環(huán)境效應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)，研究空間輻射對(duì)目標(biāo)可見光輻射特性的影響效應(yīng)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知：空間輻射的影響效應(yīng)是個(gè)長期累積效果，短期輻射對(duì)航天器常規(guī)表面材料的目標(biāo)可見光輻射特性幾乎沒有影響，長期的空間輻射使得航天器目標(biāo)可見光輻射特性明顯隨著輻射時(shí)間增長而增大。
　?。?）航天器目標(biāo)紅外輻射特性抑制方法研究
　　本文提出采用在

5、目標(biāo)表面包覆真空多層絕熱薄膜結(jié)構(gòu)的方法來抑制航天器目標(biāo)表面的紅外輻射特性，該方法能夠在不改變目標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下將目標(biāo)表面溫度降至最低，使得其表面紅外輻射特性大大降低直至接近于空間環(huán)境背景輻射，輻射的峰值波長偏移出各種紅外探測器窗口，使得探測器無法從背景環(huán)境中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，大大減小了其被紅外探測器發(fā)現(xiàn)的概率及探測距離。
　?。?）航天器目標(biāo)可見光輻射特性抑制方法研究
　　提出了在航天器目標(biāo)的表面設(shè)計(jì)中采用鏡面表面設(shè)計(jì)，且目標(biāo)本體

6、設(shè)計(jì)成多面體結(jié)構(gòu)的方法對(duì)航天器目標(biāo)可見光輻射特性進(jìn)行抑制，并且對(duì)典型的軌道和目標(biāo)外形進(jìn)行計(jì)算分析，由分析的結(jié)果可知該方法使得地基可見光探測器對(duì)目標(biāo)的探測范圍明顯減小，并且由探測到的目標(biāo)光學(xué)特征無法準(zhǔn)確判斷目標(biāo)本身的真實(shí)外形特征，從而探測器對(duì)目標(biāo)的探測概率大大降低，實(shí)現(xiàn)了有效抑制目標(biāo)可見光輻射特性的目的，且該方法在實(shí)際應(yīng)用中是確實(shí)可行的。
　?。?）紅外輻射特性抑制用多層絕熱薄膜結(jié)構(gòu)傳熱分析及實(shí)驗(yàn)研究
　　在傳熱機(jī)理分析的基礎(chǔ)

7、上，對(duì)用于航天器目標(biāo)紅外輻射特性抑制的多層絕熱薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳熱分析，建立了空間環(huán)境輻射傳熱模型，模型對(duì)膜系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有很好的指導(dǎo)意義。為了驗(yàn)證膜系結(jié)構(gòu)的紅外輻射特性抑制性能，選擇10層的Al/Kapton/Ge膜系結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為該膜系結(jié)構(gòu)將航天器目標(biāo)表面光譜輻射出射度降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，且輻射峰值波長偏移到了20μm以外，對(duì)航天器目標(biāo)的紅外光譜輻射特性具有很好的抑制效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不如模型計(jì)算結(jié)果理想，存在一定