空间太阳辐照模拟属于AM0太阳模拟器的范畴。太阳足够远，试验面上的光束可近似视为平行光，AM0太阳模拟器既要看光谱匹配，也要看发散角。

本文介绍了这台大型立式准直太阳模拟器，它是空间太阳辐照模拟的典型设备，服务于航天器热试验、真空热试验与航天器热平衡测试太阳模拟器，由短弧氙灯、聚光镜、积分器与准直镜完成，准直角指标由此确定。紫创测控LuminBox太阳光模拟器已经形成LED、氙灯和准直型产品矩阵，也意味着光源选择可以围绕具体测试需求，而不是围绕某一种光源做单一判断。

传统氙灯方案的关键技术突破

离轴光学设计与仿真

太阳模拟器光学系统仿真模型

3只10 kW短弧氙灯发出的光，经椭球形聚光镜阵列汇聚到第二焦面，再由积分器分割叠加，最后由准直镜反射成平行光。太阳模拟器积分器工作原理，就是把焦面处不均匀的辐照分布切碎重排。φ1000 mm参考辐照面上，3只短弧氙灯满功率时辐照度3274 W/m²，按1353 W/m²的太阳常数折算约2.42个太阳常数。

大口径准直镜与柔性支撑

准直镜组件示意

光斑做到米级，把光整形成平行光靠的是镜面面形精度：有效口径φ1600 mm的整体金属镜，靠刚柔结合的多点吊装抵消重力变形。太阳模拟器如何提高光照均匀性？答案大多落在这一环；容器变形折算成约0.021°倾斜，对辐照均匀性影响可接受，准直角稳在这个量级，镜子才能用得住。

冷却与快速装调

氙灯局部风速有限元分析结果

冷却走风冷和水冷一体化路线，短弧氙灯周围风速保持在17 m/s以上。装调更有意思：正式点氙灯前，先用一只LED光源做粗调与预联调，再切到氙灯精调，减少了大功率短弧氙灯反复点燃的损耗。这个细节常被忽略：LED光源已经能在大口径太阳模拟系统里当有效辅助光源，替短弧氙灯分担装调压力。

LED与氙灯的光源边界

氙灯太阳光模拟器的优势在大通量、宽谱连续输出和多年积累的大型准直工程经验，把光整形成平行光本就是老本行。大面积照射、高辐照度的航天器热试验里，光源从不单独选型。

LED太阳光模拟器则不同，LED光源可多通道独立控制，多波段LED让光谱可调更灵活；氙灯太阳光模拟器对应高能量、大面积照射和成熟的准直光学系统。

真空低温环境的光源要求

太阳模拟器辐照分布实测结果

空间环境模拟阶段，AM0太阳模拟器要面对的已不只是LED光源和氙灯的比较。真空热试验额外考核真空度、热沉温度和连续工作时长。

这台设备在真空度优于1.3×10⁻³ Pa、热沉100 K下运行，参考辐照面辐照度达2706 W/m²，约2个太阳常数，连续工作2 h。测试依据GJB 3489A—2019，考核辐照度、辐照均匀性、准直角与光谱匹配；实测辐照均匀性±4.86%、准直角±1.83%，时间稳定性优于±1%/h。

LED与氙灯太阳模拟器选型对照

常见需求与对应方向看表更清楚。对AM0太阳模拟器来说，光谱匹配比峰值辐照度（以太阳常数计）更值得先看，这正是多波段LED的优势，也让多光源太阳模拟器有了用武之地；光谱可调与时间稳定性则决定长期运行的可靠性。

需求与推荐方向

实际工程中的选型逻辑

大面积太阳模拟器设计方法，往往依次收窄：测试面积框定系统规模，通量需求决定光源路线，光谱精度在LED太阳光模拟器与氙灯太阳光模拟器之间取舍，大面积照射的准直角要求决定光学结构，时间稳定性更多取决于热控。

兼顾光谱与通量时，多光源太阳模拟器就是第三条路，多波段LED常作补充，辐照均匀性靠匀光与准直配合，短弧氙灯与LED光源各有分工，通量则以太阳常数衡量；有真空热试验工况时要重算。

空间工况对标AM0，地面工况则完全另一套，AM0与地面标准对光谱匹配的要求并不相同；光谱可调与时间稳定性要兼顾时，多波段LED搭出的多光源太阳模拟器是常见做法。AM0太阳模拟器用于什么测试？主要是航天器热试验与真空热试验；涉及大面积照射时，就得回到整套光学系统去评估。

Luminbox 全光谱大面积LED太阳模拟器

Luminbox 全光谱大面积LED太阳模拟器以A+AA+综合性能，实现辐照均匀、光谱精准与运行稳定的三重突破，通过权威认证，为材料测试提供高可靠、标准化的全光谱光照解决方案，推动精密光学实验迈向更高精度与可重复性。 

技术支持: 400-808-6127

l A+级光谱匹配：300-1200 nm全覆盖，误差≤1%（IEC标准）。

l 高均匀辐照：45cm×45cm区域不均匀度仅1.8%（A级）。

l 超稳运行：20分钟波动≤0.5%（A+级）。

l 权威认证：国家计量院校准，国际标准合规。

l 工业级设计：适配光伏、材料、光催化等多场景。

Luminbox凭借对光谱匹配度、辐照均匀性等核心指标的极致追求，已构建起覆盖LED/氙灯/卤素灯全技术路线的产品矩阵，技术持续创新、关键性能指标表现出色，为客户提供了优质的产品和全场景太阳光环境模拟解决方案。

原文参考：蒋山平, 柳晓宁, 王丹艺, 等. 大型立式准直太阳模拟器研制关键技术[J]. 航天器环境工程, 2024, 41(5): 567-573. DOI: 10.12126/see.2023181

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