高轨紫外地球模拟器：光学系统设计与仿真优化

本文主要探讨了高轨紫外地球模拟器光学系统的详细设计与仿真过程。系统的核心是一个空心发光椭球形结构，通过紫外LED灯阵列来模拟地球表面的辐射特性。设计的关键在于实现了工作谱段内球面表面的发光亮度控制，能够在0.2到1.2瓦/(sr·m²)的范围内调节，这有助于精确模拟不同太阳亮度条件下的地表现象。 地球模拟器由紫外光源、LED灯组元和光机结构组成，其中LED灯阵通过精密布局确保了发光表面的亮度均匀性。设计目标是将亮度不均匀性控制在20%以下，实际仿真结果显示，球体表面的亮度不均匀性仅为9.5%，达到了非常高的精度标准。 使用光学分析软件Lighttools对地球模拟器的辐射亮度分布进行了仿真分析，这包括了亮度的分布特性以及可能的影响因素，以便优化设计并提高模拟的准确性。此外，文章还应用了有限元分析软件Ansys，对高轨紫外地球模拟器在极端温度变化（0℃至45℃）下的光机结构稳定性进行了深入研究，结果显示光机结构的温度变形量微乎其微，表明设计具有良好的热稳定性，满足了设计之初对机械性能的要求。 这项研究旨在提供一种高效、精准的地球模拟手段，对于航天、气候研究等领域具有重要的实际应用价值。通过精确的光学设计和仿真，该系统能够为相关实验和科研提供可靠的地球辐射环境模拟，从而推动科学和技术的发展。