測試衛星感測器的太陽光模擬器

高度準直的太陽模擬器☁╃，具有自動移動光束角移動

Highly Collimated Solar Simulator with automated beam angle movement

太陽模擬器是為美國國家航天局開發的·│✘╃。該機構有一系列需要進行太陽模擬的專案☁╃，而當一個有嚴格要求的新專案出現時☁╃，他們便與Sciencetech聯絡☁╃，以提供一個高度*確的太陽模擬系統·│✘╃。

測試衛星感測器的太陽光模擬器

客戶要求

幾年前☁╃，該客戶一些成員具有使用Sciencetech高度準直的太陽能模擬器之一的動手經驗·│✘╃。對於在發射之前測試其衛星感測器的新專案☁╃，他們需要此太陽能模擬器更大☁╃，更復雜的版本·│✘╃。他們聯絡了Sciencetech公司☁╃，詢問我們是否可以提供一個在輻照度☁╃，準直角和光譜匹配方面與太陽極為接近的太陽模擬器·│✘╃。

此外☁╃，他們希望自動化以X☁╃，Y☁╃，Z和2個旋轉角度來操縱太陽能模擬器·│✘╃。初的討論考慮了幾種自動化實施方式☁╃，初的工程分析確定了氙氣短弧燈的物理侷限性使其很難滿足所需的準直規範以及其他標準·│✘╃。Sciencetech確定了實現重要規格的方法☁╃，並將其介紹給客戶·│✘╃。準則和標準獲得批准☁╃，Sciencetech啟動了該專案的設計·│✘╃。

準直全形✘₪╃☁：0.69°內90％功率

目標尺寸✘₪╃☁：直徑33cm

空間非均勻性✘₪╃☁：2.95％（*）

時間不穩定✘₪╃☁：1.5％（*）

強度✘₪╃☁：1366W/m²（AM0光譜匹配）

衰減強度✘₪╃☁：1.366W/m²（衰減至0.1％）

輸出方向✘₪╃☁：臥式

構思和設計系統

在設計過程中☁╃，我們結合了光學建模和數學分析的方法來解決多方面的挑戰☁╃，即如何製作具有大目標面積☁╃，比光譜匹配和發散角接近太陽的高度均勻且強度高的光源·│✘╃。

光源的光線追跡路徑

光學設計結構

橢圓形的後反射器收集了大部分的燈發射☁╃，並聚焦到均勻的光導管中·│✘╃。該光導管透過全內反射引導光☁╃，許多反射用於混合光線☁╃，從而使輸出更加均勻·│✘╃。一系列的透鏡和轉向鏡用於將光引導到準直鏡☁╃，準直鏡反射光以形成近乎平行的光線☁╃，從而在目標平面產生高輻照度和低光束髮散度·│✘╃。

太陽模擬器的輸出光譜與AM0光譜的關係

光學模擬軟體模擬目標區域上的輻照度分佈

自動運動控制的機械設計

我們的客戶需要整個太陽能模擬器在5個軸（X☁╃，Y和Z）以及2個旋轉軸上進行自動運動·│✘╃。此外☁╃，整個系統需要在無塵室內執行☁╃，因此必須隔離太陽能模擬器的空氣冷卻系統·│✘╃。

為了滿足這些自動化目標☁╃，Sciencetech設計了一個自動化的機械平臺和定製軟體☁╃，並提供了特殊的冷卻設計☁╃，儀器元件和外殼設計來滿足這些需求·│✘╃。

電動運動系統已構建並經過測試☁╃，其軟體是在內部建立的·│✘╃。運動系統☁╃，外殼☁╃，軟體和光學元件均根據客戶對所有5個運動軸的要求完成☁╃，並且包含軟體GUI☁╃，以便於控制·│✘╃。

太陽模擬器的移動系統可按照我們的機械工程師的設想在5個軸
上提供整個太陽模擬器的自動運動

太陽模擬器系統的圖紙☁╃，其中包括與ISO7相容的無塵室外殼☁╃，
並描述了從系統輸出發出的高度準直的射線

原型設計與開發

高功率的6.5kW氙弧燈被用作模擬太陽輻射的基礎光源·│✘╃。氙氣燈光譜使用空氣濾清器進行了修改☁╃，以滿足AM0光譜匹配標準·│✘╃。

輻照度可低至其全功率的0.1％☁╃，並且幾乎連續衰減☁╃，從而保持了空間均勻性☁╃，光譜匹配和時間穩定性·│✘╃。

在短期☁╃，中期和內測量了時間穩定性☁╃，並符合*規範·│✘╃。

我們在0.69°全形內以90％的功率實現了高度準直·│✘╃。高準直度在距太陽模擬器輸出若干距離處提供了一個均勻的點·│✘╃。

30分鐘內測得的輻照度的時間穩定性

太陽模擬器輸出相對於準直角的輻射度測量·│✘╃。

潔淨室要求

整個系統被密封以用於潔淨室☁╃，包括隔離的空氣冷卻系統☁╃，以防止汙染潔淨室環境·│✘╃。整個系統符合ISO5級潔淨室標準·│✘╃。

驗收測試和安裝

由於經常與客戶團隊聯絡☁╃，Sciencetech的工程師可以對設計進行修改☁╃，以確保更好地過渡到客戶☁╃，並幫助客戶對所訂購裝置的功能充滿信心·│✘╃。終的驗收測試是與客戶的工程師共同建立的☁╃，以確保儀器在裝置離開Sciencetech時即能在所需的引數範圍內執行·│✘╃。硬體和軟體的終整合在終使用者的設施中完成☁╃，並且該裝置通過了*批准的驗收測試·│✘╃。