航天器目標紅外和可見光輻射特性及其抑制方法研究.pdf

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

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

3、高，紅外輻射特性增強。
　?。?）航天器目標可見光輻射特性及其環(huán)境效應研究
　　建立了基于航天器目標表面漫反射性質的目標可見光輻射特性分析計算模型，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，對航天器目標可見光輻射特性進行計算和分析，用探測器上接收的輻照度值來描述衛(wèi)星目標的可見光輻射特性。同時，由航天器目標可見光輻射的可探測特性研究可知目標表面的平均反射率值，決定了目標的可探測特性。由于衛(wèi)星實體的對稱性，

4、不同觀測角度上探測的衛(wèi)星光學輻照度也具有對稱性，且輻照度值與觀測距離平方成反比關系。通過航天器目標各組件材料的空間輻射環(huán)境效應模擬實驗，研究空間輻射對目標可見光輻射特性的影響效應，由實驗結果知：空間輻射的影響效應是個長期累積效果，短期輻射對航天器常規(guī)表面材料的目標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可見光輻射特性明顯隨著輻射時間增長而增大。
　?。?）航天器目標紅外輻射特性抑制方法研究
　　本文提出采用在

5、目標表面包覆真空多層絕熱薄膜結構的方法來抑制航天器目標表面的紅外輻射特性，該方法能夠在不改變目標內部結構的情況下將目標表面溫度降至最低，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，大大減小了其被紅外探測器發(fā)現(xiàn)的概率及探測距離。
　?。?）航天器目標可見光輻射特性抑制方法研究
　　提出了在航天器目標的表面設計中采用鏡面表面設計，且目標本體

6、設計成多面體結構的方法對航天器目標可見光輻射特性進行抑制，并且對典型的軌道和目標外形進行計算分析，由分析的結果可知該方法使得地基可見光探測器對目標的探測范圍明顯減小，并且由探測到的目標光學特征無法準確判斷目標本身的真實外形特征，從而探測器對目標的探測概率大大降低，實現(xiàn)了有效抑制目標可見光輻射特性的目的，且該方法在實際應用中是確實可行的。
　　（5）紅外輻射特性抑制用多層絕熱薄膜結構傳熱分析及實驗研究
　　在傳熱機理分析的基礎

7、上，對用于航天器目標紅外輻射特性抑制的多層絕熱薄膜結構進行傳熱分析，建立了空間環(huán)境輻射傳熱模型，模型對膜系結構的設計和應用具有很好的指導意義。為了驗證膜系結構的紅外輻射特性抑制性能，選擇10層的Al/Kapton/Ge膜系結構進行空間環(huán)境模擬實驗，實驗結果為該膜系結構將航天器目標表面光譜輻射出射度降低了兩個數(shù)量級，且輻射峰值波長偏移到了20μm以外，對航天器目標的紅外光譜輻射特性具有很好的抑制效果。實驗結果不如模型計算結果理想，存在一定