太阳光模拟器太空环境应用：光学载荷的杂散光性能测试-优快云博客

在太空环境中运行的地球观测或天文探测卫星，其光学载荷承担着获取高质量图像与科学数据的关键任务。然而，强烈的太阳光及其引发的杂散光可能通过非理想路径进入光学系统，形成眩光、鬼像或背景噪声，严重影响成像质量与数据精度。在地面研制阶段，紫创测控luminbox太阳光模拟器可准确复现空间太阳辐照条件，并对光学载荷开展系统性的杂散光性能测试。

一、太阳光模拟器测试杂散光的必要性

卫星光学载荷

空间环境中的杂散光成因复杂，主要包括太阳直射光或其反射光经机械结构、镜筒内壁、光学元件边缘等非理想表面的散射、衍射与非期望反射。其强度、分布与光谱特性受太阳方位、卫星姿态及光学系统设计的综合影响。仅凭理论建模难以全面预测实际响应，因此，在地面实验室中利用太阳光模拟器对光学载荷原型进行实物测试，成为验证其杂散光抑制能力的必要手段。

二、太阳光模拟器的杂散光测试标准

太阳光模拟器杂散光测试仿真图

为真实模拟空间太阳辐照环境，用于杂散光测试的太阳光模拟器需满足以下严格指标：

准直角小于0.5°：太阳在轨视张角约为0.53°，太阳光模拟器输出光束的准直角通常需小于0.5°，部分高要求场景甚至需低于0.2°，以准确模拟无限远平行入射条件。

AM0标准光谱匹配性：输出光谱应严格匹配AM0标准（大气层外太阳光谱），确保在紫外至近红外波段的光谱响应真实，以准确激发材料散射与反射行为。

优于95%的稳定性与均匀性：光束辐照度在时间上需保持高度稳定，空间分布均匀性一般要求优于95%，以保证测试数据的可重复性与准确性。

三、杂散光测试过程

利用太阳光模拟器测试卫星光学载荷杂散光，需在大型真空罐（模拟空间冷黑背景）或洁净暗室中开展，核心流程如下：

1. 载荷安装与背景控制：将含完整光路、遮光罩、光阑及探测器的待测载荷，精准固定在多维调节测试平台。严格屏蔽环境光，保障极低背景辐射。

2. 模拟器配置与对准：将高准直光束引导至载荷预定照射位置，通过精密转台调整光束入射方位角、高度角，模拟卫星不同姿态下的太阳威胁方向。

3. 关键测试工况：

PST 测量（核心指标），在探测器视场外以模拟器为点光源照射，测像面杂散辐照度与入射辐照度，PST定义为在离轴角θ入射时，像面杂散光照度E_stray(θ)与入口处入射照度E_inc之比。计算 PST 值并扫描不同离轴角、波长获 PST 曲线；

鬼像与热点探测，特定威胁角度下用高灵敏度探测器捕获焦平面杂散光分布，定位鬼像与热点；

内杂散光系数测试，测强光源照射载荷内部结构时探测器的背景噪声。

4. 数据采集与处理：记录不同工况下探测器响应信号，扣除本底噪声后，计算 PST 值、杂散光系数等参数，生成杂散光分布图。

四、测试结果对卫星光学载荷性能的验证

PST和杂散光源离轴角的关系曲线图

杂散光测试是卫星光学载荷优化设计与性能验证的直接依据。通过分析 PST 曲线，评估表面处理的杂散光抑制效果。若关键威胁角度的 PST 值未达设计要求，可定位主要杂散光路径，针对性增加挡光环、优化光阑位置或采用低反射率材料 / 涂层。发现的鬼像与热点，为光学镀膜优化和结构修改提供精准靶点。需明确载荷是否满足杂散光抑制指标（如 PST @ θ 角 < X），是载荷转入正样生产或发射前的重要评审依据。

太阳光模拟器通过复现太空环境的高准直角、AM0光谱匹配标准、优于95%的均匀性，为卫星光学载荷的杂散光性能评估提供可靠的地面验证平台。通过系统测试，不仅能提前发现潜在光学干扰问题，还可推动设计与表面处理技术的持续优化，为卫星在轨获取高对比度、高信噪比图像奠定坚实基础。