在航天器熱平衡試驗領(lǐng)域，傳統(tǒng)吸收熱流模擬方法已難以滿足新型航天器復(fù)雜構(gòu)形與差異化表面熱光學(xué)性能的需求。太陽模擬器憑借精準模擬太陽輻照的準直性、均勻性和光譜特性的能力，成為深空探測等前沿任務(wù)的核心裝備。Luminbox全光譜準直型太陽光模擬器系統(tǒng)可集成于模擬近地軌道及深空環(huán)境的多功能實驗艙，為航天裝備測試提供精準光輻照條件。

太陽模擬器的原理

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基于太陽模擬器的熱平衡試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

太陽模擬器可以在地面較為真實地模擬太陽光的輻照度和光譜分布等參數(shù)。其熱平衡試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，太陽模擬器由光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)測量系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電源與控制系統(tǒng)、運動模擬器系統(tǒng)等組成。

光學(xué)系統(tǒng)作為核心部分，主要由氙燈、聚光鏡、光學(xué)積分器和準直系統(tǒng)4 部分組成，采用離軸方式，使得光學(xué)系統(tǒng)光軸與均勻輻照體積的對稱軸成一定角度。

太陽模擬器的性能參數(shù)

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太陽模擬器的性能直接決定了熱平衡試驗的準確性和可靠性，其主要性能參數(shù)包括輻照面積和輻照度、輻照不均勻度、輻照不穩(wěn)定度、準直角以及光譜匹配性等。

輻照面積：模擬器可提供的有效輻照面尺寸，分大型（＞4m）、中型（1~3m）、小型（＜1m）。

輻照度：垂直照射方向的功率密度（W/m2），標準需達 1 個太陽常數(shù)(1367W/m2），受光源功率、光學(xué)組件效率影響。

輻照不均勻度：輻照不均勻度用于衡量試驗空間內(nèi)各位置輻照度的不一致程度，分為面不均勻度和體不均勻度。

輻照不穩(wěn)定度：輻照不穩(wěn)定度是指在有效輻照面內(nèi)任一位置，規(guī)定時間間隔內(nèi)輻照度隨時間變化的最大相對偏差。

準直角：模擬光線的非平行度參數(shù)，影響航天器陰影區(qū)模擬精度。真實太陽光準直角為 32'，模擬器通?？刂圃?±2° 以內(nèi)，避免陰影變形誤差。

光譜匹配性：模擬光譜與空間太陽光譜（AM0）的一致性，直接影響試驗誤差。不同場景需求不同，如光電測試需嚴格匹配，熱平衡試驗可結(jié)合試件特性調(diào)整。

國外太陽模擬器設(shè)備現(xiàn)狀

美國：以 JPL 為代表，其大型模擬器經(jīng) 60 余年迭代，輻照均勻度（面 ±4%，體 ±5%）與準直角（±1°）達全球頂尖水平，支撐 “好奇號” 等深空探測器試驗。

歐洲：ESTEC 模擬器以輻照面積大（直徑 6m）、多指標 A 級（不穩(wěn)定度 ±0.5%/h）成為國際共享平臺，設(shè)計理念被中國 KM6 模擬器借鑒。

日韓印等：日本 NASDA 模擬器面均勻度達 A 級，但體均勻度稍遜（±10%）；印度、韓國近年建成中型模擬器，逐步進入航天應(yīng)用領(lǐng)域。

國內(nèi)太陽模擬器設(shè)備現(xiàn)狀

我國太陽模擬器性能參數(shù)表

大型化突破：KM6 模擬器輻照面直徑 5m，超越日本（4.5m）、印度（4.5m）等國家，接近歐空局 ESTEC（6m），滿足大型航天器（如空間站艙段）試驗需求。

穩(wěn)定性提升：KM6 不穩(wěn)定度 ±0.5%/h（優(yōu)于美國 JPL 的 ±1%/h），達到 ASTM A 級標準，適合長時間熱平衡測試。

我國太陽模擬器KM6等設(shè)備標志著大型化與穩(wěn)定性達到國際先進水平，但在極端環(huán)境模擬、光譜精度和動態(tài)響應(yīng)能力方面仍需突破。

綜上所述太陽模擬器的核心原理與系統(tǒng)組成，揭示了其通過離軸光學(xué)設(shè)計、氙燈光源和精密準直技術(shù)，實現(xiàn)對太陽輻照的準直性、均勻性及光譜特性的高精度模擬。本文深入分析了關(guān)鍵性能參數(shù)（如輻照面積、不均勻度、準直角等）的定義、標準及影響因素，并通過國內(nèi)外設(shè)備對比，凸顯了我國KM6等模擬器在輻照面積和均勻性上已接近國際先進水平，但在高輻照擴展和光譜匹配性方面仍需突破。

Luminbox 全光譜準直型太陽光模擬器

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Luminbox 全光譜準直型太陽光模擬器為跨行業(yè)材料提供高精度老化測試與性能驗證，能精準模擬自然光環(huán)境，支持光譜 / 亮度 / 色溫調(diào)控。

全光譜覆蓋：350nm-1100nm 光譜，貼近自然光權(quán)重

高動態(tài)亮度：2 米處 20,000-150,000Lux，滿足 HUD 亮度響應(yīng)測試

強光抗擾驗證：直射模擬復(fù)現(xiàn)圖像模糊 / 重影問題場景

多場景適應(yīng)：支持日間 / 夜間 / 隧道等光照動態(tài)切換測試

隨著深空探測任務(wù)的復(fù)雜化，太陽模擬器需向更高輻照范圍（如10個太陽常數(shù)）、更低背景熱流干擾（如木星探測）及智能化動態(tài)調(diào)控方向發(fā)展。LuminBox等新型模擬器展現(xiàn)的技術(shù)路線，為傳統(tǒng)大型設(shè)備的性能提升提供了有益參考。