空間沾染物對光學(xué)系統(tǒng)成像的影響研究.pdf

1、近些年，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，我國的航天事業(yè)取得了一系列突破性進(jìn)展，但仍有許多空間技術(shù)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(huì)遭受空間沾染物質(zhì)的污染，會(huì)對空間光學(xué)系統(tǒng)的成像造成嚴(yán)重的影響。上個(gè)世紀(jì)七八十年代，美國總共有二十多顆衛(wèi)星因?yàn)槭艿娇臻g污染而出現(xiàn)運(yùn)行故障。從此，以美國為主的各國航天設(shè)計(jì)人員開始對空間污染問題進(jìn)行了大量研究，以便對空間可能產(chǎn)生的污染進(jìn)行有效的預(yù)防和控制，保障空間飛行器的正常運(yùn)行。
　　本文就是基于

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

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

4、性沾染引起的光學(xué)損傷對光學(xué)系統(tǒng)成像的影響效應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。分別研究了遮擋性光學(xué)沾染對可見光和紅外光成像的影響，研究了成像質(zhì)量與沾染程度的關(guān)系，從而得到較大量污染對光學(xué)系統(tǒng)成像的影響效果。通過研究結(jié)果可以得到，當(dāng)碳粉沾染質(zhì)量厚度大于3×10-6g/mm2時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)光學(xué)元件的透過率開始低于50％，而當(dāng)碳粉沾染質(zhì)量厚度達(dá)到16×10-6g/mm2時(shí)，系統(tǒng)的光學(xué)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(xué)透過率下降為70％和

5、50％時(shí)，碳粉沾染對光學(xué)透過率的影響更明顯，而當(dāng)透過率下降到30％時(shí)，油漆更容易對光學(xué)系統(tǒng)傳輸率造成影響。油膜分子沾染對光學(xué)成像的影響雖然沒有粒子沾染影響效果明顯，但會(huì)產(chǎn)生薄膜干涉現(xiàn)象影響光學(xué)成像。
　　對于散射性光學(xué)沾染問題，建立光學(xué)成像系統(tǒng)表面微量沾染分析點(diǎn)陣模型，研究微量沾染所引起光線衍射對光學(xué)成像系統(tǒng)的影響效應(yīng)。用夫瑯禾費(fèi)衍射理論對散射性沾染問題進(jìn)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(xué)沾染進(jìn)行了仿真計(jì)算