吳 鐸，王 凱，葉 新*，王玉鵬，方 偉

(1.中國(guó)科學(xué)院 長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林 長(zhǎng)春 130033;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

1 引言

空間遙感在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)家安全等多個(gè)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用背景?？臻g遙感能夠?qū)Φ厍虻年懙?、海洋、大氣等進(jìn)行連續(xù)的覆蓋全球的觀測(cè)，其獲取的遙感信息在資源勘探、國(guó)土治理、城市管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)與污染防治、氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。由于各遙感器功能和壽命的原因，很多情況下需要綜合利用多個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)的遙感器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的研究[1-2]，例如，在全球氣候變化和溫室氣體監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，一方面要求輻射定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)有較低的不確定度，太陽(yáng)總輻照度測(cè)量的不確定度0.01%，光譜輻照度測(cè)量不確定度0.1%，遙感目標(biāo)的反射太陽(yáng)光譜輻亮度測(cè)量不確定度0.3%[3]；另一方面要求不同衛(wèi)星平臺(tái)的遙感器的測(cè)量數(shù)據(jù)可溯源至國(guó)際單位制(SI)，以便于不同遙感器測(cè)量數(shù)據(jù)的相互比對(duì)，這就對(duì)遙感器的在軌輻射定標(biāo)提出了很高的要求[4-5]。輻射定標(biāo)在賦予遙感數(shù)據(jù)物理意義的同時(shí)，也要為不同遙感器提供共同的輻射標(biāo)度。但是目前的遙感器在軌輻射定標(biāo)方法中星上定標(biāo)器由于受到發(fā)射過(guò)程和空間環(huán)境的影響，其輻射標(biāo)度不再與國(guó)際單位制有直接測(cè)量鏈的聯(lián)系。而場(chǎng)地替代定標(biāo)使用的地面輻射校正場(chǎng)和月球表面反射輻亮度需要高精度的表征測(cè)量，目前的測(cè)量精度還沒(méi)有達(dá)到要求[2,6]。

國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的地面輻射計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了從上世紀(jì)六十年代的黑體輻射標(biāo)準(zhǔn)源、七十年代的常溫電替代絕對(duì)輻射計(jì)到八十年代的低溫輻射計(jì)三個(gè)階段，精度從1%提高到0.02%[7]。低溫輻射計(jì)主要有機(jī)械制冷型和液氦制冷型兩種。其中的機(jī)械制冷低溫輻射計(jì)只在英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)運(yùn)行，其他國(guó)家的低溫輻射計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)均為液氦制冷低溫輻射計(jì)。商業(yè)化的低溫輻射計(jì)產(chǎn)品出現(xiàn)后使得低溫輻射計(jì)這一輻射度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)得到更廣泛的普及。目前主要提供低溫輻射計(jì)的公司有英國(guó)的牛津儀器和美國(guó)的L-1公司。低溫輻射計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的普及推動(dòng)了空間光學(xué)遙感儀器發(fā)射前的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)精度和向國(guó)際單位制基本單位的溯源精度的提高。但是，遙感儀器在軌運(yùn)行中由于受到發(fā)射過(guò)程和空間環(huán)境與條件的影響，在軌輻射定標(biāo)精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有滿足需求。借鑒實(shí)驗(yàn)室輻射基準(zhǔn)建立和傳遞的技術(shù)路線，NPL的Fox教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組提出了TRUTH計(jì)劃[8]，在機(jī)械制冷低溫輻射計(jì)的基礎(chǔ)上研制空間的低溫絕對(duì)輻射計(jì)基準(zhǔn)和定標(biāo)系統(tǒng)，旨在提高遙感儀器在軌輻射定標(biāo)精度和溯源性。

中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所是國(guó)內(nèi)唯一開(kāi)展星載太陽(yáng)輻照度絕對(duì)輻射計(jì)研制的單位，研制的太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)儀搭載在風(fēng)云三號(hào)系列衛(wèi)星上進(jìn)行了多年的太陽(yáng)總輻射測(cè)量[9-10]。目前借助國(guó)家自然科學(xué)基金科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究專款的支持正在進(jìn)行空間低溫絕對(duì)輻射計(jì)的研發(fā)工作，提出了研究方案，研制了儀器的原理樣機(jī)并且開(kāi)展了一系列的測(cè)試工作，為未來(lái)適合空間使用的輻射基準(zhǔn)的研制打下了技術(shù)基礎(chǔ)?？臻g低溫絕對(duì)輻射計(jì)采用電功率替代光功率的方式進(jìn)行輻射測(cè)量，是目前精度最高的輻射測(cè)量?jī)x器，不需要與其他儀器進(jìn)行比對(duì)，只需要對(duì)自身儀器的參數(shù)進(jìn)行修正。

本文在系統(tǒng)介紹兩種典型的低溫輻射計(jì)基準(zhǔn)和TRUTH計(jì)劃中的低溫太陽(yáng)絕對(duì)輻射計(jì)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了長(zhǎng)春光機(jī)所研制的空間輻射基準(zhǔn)的系統(tǒng)組成、工作原理、儀器設(shè)計(jì)和技術(shù)指標(biāo)等。

2 三種典型的低溫輻射計(jì)基準(zhǔn)

2.1 英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)的機(jī)械制冷低溫輻射計(jì)(MCR)

二十世紀(jì)七十年代末，NPL[11]的Quinn和Martin為了測(cè)量玻爾茲曼常數(shù)設(shè)計(jì)了Q-M計(jì)，之后Martin和Key將低溫黑體和低溫輻射計(jì)分離，發(fā)展了作為光功率基準(zhǔn)的P-S計(jì)，并且對(duì)腔體進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，窗口位置采用布儒斯特窗。該技術(shù)轉(zhuǎn)讓給牛津儀器公司后，逐漸形成了牛津儀器公司的Radiox系列的低溫輻射計(jì)。這類低溫輻射計(jì)采用液氦制冷，由于受到液氦杜瓦體積的限制，冷卻系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間有限制。

NPL和牛津儀器公司在機(jī)械制冷機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)建造了機(jī)械制冷低溫輻射計(jì)(MCR)[12]。如圖1所示，MCR的低溫由一個(gè)商用兩級(jí)冷頭和壓縮機(jī)組成的制冷機(jī)提供，其中的一級(jí)冷頭30 K，二級(jí)冷頭13 K。MCR的核心探測(cè)單元經(jīng)過(guò)一個(gè)不銹鋼熱阻連接在二級(jí)冷頭上。核心探測(cè)單元的外圍防輻射保溫屏分別被一級(jí)冷頭和二級(jí)冷頭冷卻至30 K和13 K。

MCR的核心探測(cè)單元包括參考熱沉、吸收腔以及吸收腔熱連接。參考熱沉由銅制成，其溫度經(jīng)過(guò)高精度的PID控制在15 K，溫度穩(wěn)定性為1×10-6。PID控制的溫度監(jiān)視是由薄膜RhFe電阻溫度傳感器和高精度電橋組成，其反饋加熱部分由薄膜加熱片和高分辨率電流源組成。PID溫控的測(cè)量周期被反復(fù)優(yōu)化以達(dá)到去除制冷機(jī)帶來(lái)的溫度起伏的目的。吸收腔由高導(dǎo)無(wú)氧銅電鍍制成，厚度0.1 mm，腔體側(cè)壁是被切頂?shù)膱A錐體，平均直徑10.5 mm，長(zhǎng)度40 mm。腔體內(nèi)側(cè)壁涂覆漫反射鉑黑，底面涂覆鎳磷黑。整個(gè)腔體重6 g，吸收率經(jīng)測(cè)算為0.999 98。吸收腔溫度測(cè)量由貼在腔體后面的薄膜 RhFe電阻溫度傳感器完成，腔體的加熱片貼在腔體的斜切底面，加熱片阻值1 kΩ。吸收腔熱連接決定了吸收腔的響應(yīng)度和時(shí)間常數(shù)。熱連接由三層不銹鋼薄壁管組成，MCR的吸收腔熱連接能夠獲得0.6 K/mW的吸收腔響應(yīng)度，腔體時(shí)間常數(shù)30 s。

另外，MCR還包括各種真空閥門(mén)和布儒斯特窗口，為探測(cè)器提供真空環(huán)境和接近1的偏振激光透過(guò)率。

圖1 NPL的MCR結(jié)構(gòu)示意圖[10]Fig.1 Schematic drawning of MCR[10]

2.2 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)的高精度低溫輻射計(jì)HACR

為了提高輻射基準(zhǔn)的精度水平和光譜范圍，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)研制了高精度低溫輻射計(jì)(HACR)[7]。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。HACR由液氦制冷，工作溫度4.2 K。工作壓強(qiáng)10-5Pa，通過(guò)分子泵獲得。為了將輻射計(jì)內(nèi)部的輻射換熱過(guò)程降到最低，HACR的核心探測(cè)單元被4層防輻射屏包圍，其中最內(nèi)兩層連接在4.2 K的液氦杜瓦上，最外層連接在77 K的液氮杜瓦上，之間還有一層溫度介于液氦和液氮之間。

HACR的吸收腔經(jīng)過(guò)一個(gè)薄壁不銹鋼管連接在參考?jí)K上，不銹鋼管作為吸收腔和參考?jí)K之間的熱阻能夠?qū)崿F(xiàn)1 K/mW的腔體響應(yīng)度。參考?jí)K與液氦杜瓦相連，其溫度經(jīng)由高精度溫控系統(tǒng)控制在5 K。參考?jí)K的高精度溫控系統(tǒng)包括鍺電阻溫度傳感器、繞線式電加熱器和一個(gè)商用的溫度測(cè)量與控制單元組成，能夠?qū)崿F(xiàn)150～350 μK的參考?jí)K溫度穩(wěn)定度控制。

HACR的吸收腔是長(zhǎng)15 cm、直徑5 cm的電鍍銅圓柱腔，腔底面是與圓柱中軸線呈30°角的斜切面。吸收腔的圓柱側(cè)面內(nèi)壁涂覆鏡面反射吸收黑，底面內(nèi)壁涂覆漫反射吸收黑，黑漆為Chemglaze Z302。該吸收腔能夠?qū)崿F(xiàn)632.8 nm激光的99.998%吸收率。

圖2 美國(guó)NIST的高精度低溫輻射計(jì)HACR[7]Fig.2 Overview of HACR of NIST[7]

HACR為立式結(jié)構(gòu)，液氦制冷器在其上方，入光窗口在下方。窗口是直徑50 mm、厚度6 mm的熔石英布儒斯特窗，方向可調(diào)。激光經(jīng)過(guò)布儒斯特窗進(jìn)入HACR后，沿著光束定線探測(cè)器確定的光路射入黑體腔。光束定線探測(cè)器是分別放置在兩層防輻射屏上的中間帶孔的四象限探測(cè)器，這兩個(gè)孔確定的直線與吸收腔中軸線一致。兩孔之間是消雜光光闌。

NIST為HACR的高精度測(cè)量進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，確定了HACR的測(cè)量模式，并對(duì)其測(cè)量精度進(jìn)行了評(píng)估，在對(duì)0.8 mW光功率測(cè)量時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)0.021%的合成不確定度。之后在HACR的基礎(chǔ)上，NIST研制了模塊化的初級(jí)光功率輻射計(jì)POWR[13]，POWR采用臥式結(jié)構(gòu)，即光路方向水平設(shè)置。模塊化設(shè)計(jì)能夠在不同的測(cè)量需求下方便地更換核心探測(cè)單元，其光功率測(cè)量精度達(dá)到0.01%水平。

2.3 英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)的低溫太陽(yáng)絕對(duì)輻射計(jì)CSAR

為了實(shí)現(xiàn)在軌可溯源至國(guó)際單位制基本單位的遙感器絕對(duì)輻射定標(biāo)，NPL提出了以低溫太陽(yáng)絕對(duì)輻射計(jì)(CSAR)為核心的TRUTHS計(jì)劃[3]。CSAR采用兩級(jí)機(jī)械制冷，為核心探測(cè)單元提供20 K的工作溫度。如圖3，CSAR的核心探測(cè)單元包含測(cè)量太陽(yáng)總輻照度的TSI腔和傳遞太陽(yáng)光譜輻照度標(biāo)準(zhǔn)的高響應(yīng)度腔(HS腔)。其中的TSI腔能夠?qū)崿F(xiàn)0.02%精度水平的太陽(yáng)總輻照度測(cè)量，以太陽(yáng)總輻照度建立輻射基準(zhǔn)。利用CSAR定標(biāo)光學(xué)遙感器時(shí)，由于光學(xué)遙感器的分波段探測(cè)，需要對(duì)太陽(yáng)光譜進(jìn)行細(xì)分測(cè)量，建立太陽(yáng)光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)。CSAR建立太陽(yáng)光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)HS腔實(shí)現(xiàn)的。由于太陽(yáng)光譜輻射在較窄帶寬時(shí)，輻射強(qiáng)度較小，CSAR的HS腔的溫度隨光功率的響應(yīng)度要足夠高，才能實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量。通過(guò)優(yōu)化吸收腔結(jié)構(gòu)和重量以及向參考熱沉的熱連接，CSAR的HS腔探測(cè)功率動(dòng)態(tài)范圍設(shè)計(jì)為10 μW～1 mW。

圖3 CSAR系統(tǒng)示意圖[3]Fig.3 Sketch map of CSAR[3]

3 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所(CIOMP)的空間低溫輻射計(jì)SCAR

中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所在多年絕對(duì)輻射計(jì)和太陽(yáng)總輻照度監(jiān)測(cè)儀研制基礎(chǔ)上[9-10,14-15]，提出了研制中國(guó)的空間輻射基準(zhǔn)——空間低溫絕對(duì)輻射計(jì)計(jì)劃，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究?？畹闹С?，開(kāi)展了原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)和研制。以此為基礎(chǔ)，又提出了空間遙感可溯源的輻射基準(zhǔn)及其定標(biāo)傳遞鏈，為在軌直接溯源至國(guó)際單位制基本單位的輻射定標(biāo)進(jìn)行了先期研究，以期待建立我國(guó)獨(dú)立自主的空間輻射基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，將我國(guó)的遙感器在軌輻射定標(biāo)精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)對(duì)遙感數(shù)據(jù)精度和溯源性的需求。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

空間低溫絕對(duì)輻射計(jì)樣機(jī)示意圖見(jiàn)圖4。由斯特林兩級(jí)機(jī)械制冷機(jī)提供20 K的工作環(huán)境，工作在20 K的探測(cè)器組件被液氮預(yù)冷屏包圍，首先被其預(yù)冷至液氮溫度。整個(gè)低溫部分均被密封在真空室中，由德國(guó)萊寶公司MAG600i磁懸浮分子泵和SC30D干泵組成的無(wú)油真空機(jī)組將真空室真空度抽至10-3Pa，經(jīng)過(guò)降溫后，系統(tǒng)內(nèi)部真空度能夠達(dá)到10-5Pa?？臻g低溫輻射計(jì)探測(cè)器吸收腔水平放置，入光孔設(shè)置在輻射計(jì)側(cè)面。真空室上的入光孔預(yù)留接口法蘭，為光束準(zhǔn)直以及后續(xù)的傳遞輻射計(jì)艙室提供接入條件。

圖4 空間低溫絕對(duì)輻射計(jì)樣機(jī)Fig.4 Prototype of the space cryogenic absolute radiometer

為了提高制冷機(jī)在20 K的制冷效率，空間低溫輻射計(jì)中沒(méi)有使用制冷機(jī)一級(jí)冷指進(jìn)行防輻射屏制冷和系統(tǒng)預(yù)冷，而是采用液氮制冷方式。2.5 L的液氮槽配有液氮入口和出氮口，由自動(dòng)泵氮器將液氮從液氮罐中泵入，自動(dòng)液氮泵的觸發(fā)信號(hào)由液氮槽上的溫度傳感器提供。連接在液氮槽上的兩層防輻射屏被冷卻至80 K。20 K兩級(jí)斯特林制冷機(jī)由中科院理化技術(shù)研究所提供，由壓縮機(jī)和冷頭組成，通過(guò)工質(zhì)氣體的斯特林循環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷指的制冷。制冷機(jī)的二級(jí)冷指連接低溫平臺(tái)，將平臺(tái)制冷至20 K，自身的閉環(huán)溫控能夠使冷指溫度穩(wěn)定在20 K±10 mK。輻射計(jì)的探測(cè)器組件安裝在平臺(tái)上，外圍有兩層防輻射屏。

輻射計(jì)的探測(cè)器組件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5，由熱沉、吸收腔以及二者之間的熱連接(圖中的熱連接2)組成。為了在熱沉上進(jìn)行主動(dòng)溫控，熱沉與低溫平臺(tái)之間用不銹鋼熱連接1相連，將熱沉溫度抬高1 K。熱沉上有進(jìn)行溫度控制用的鍺電阻溫度傳感器和低溫電加熱器。空間低溫輻射計(jì)的探測(cè)器包括測(cè)量太陽(yáng)總輻照度的總腔和定標(biāo)太陽(yáng)光譜輻照度的光譜腔?？偳皇请娞娲唬囟葌鞲衅骱碗娂訜崞?，總腔由高導(dǎo)無(wú)氧銅經(jīng)電鍍制成，形狀為斜切地面圓柱腔，其與熱沉的熱連接由不銹鋼制成。腔體和熱連接的尺寸設(shè)計(jì)綜合考慮了腔體響應(yīng)度(0.2 K/mW)、時(shí)間常數(shù)(10 s)以及腔體吸收率(優(yōu)于0.999 9)等。要求總腔對(duì)光輻射功率測(cè)量的合成不確定度優(yōu)于0.02%?？紤]到光譜腔由于響應(yīng)度、質(zhì)量以及與總腔的定標(biāo)方式，光譜腔不是電替代腔，沒(méi)有電加熱器。光譜腔響應(yīng)度1 K/mW，時(shí)間常數(shù)0.5 s，采用圓錐腔設(shè)計(jì)，其熱連接的熱阻遠(yuǎn)大于總腔熱連接熱阻。在軌運(yùn)行時(shí)，首先總腔對(duì)太陽(yáng)總輻照度進(jìn)行測(cè)量，然后通過(guò)HS腔快速定標(biāo)太陽(yáng)光譜輻照度(光譜范圍0.2～2.5 μm)。HS腔的定標(biāo)精度為0.2%。

圖5 空間低溫絕對(duì)輻射計(jì)的核心探測(cè)單元Fig.5 Detective unit of the space cryogenic absolute radio-meter

3.2 測(cè)量流程

空間低溫絕對(duì)輻射計(jì)包括測(cè)量太陽(yáng)總輻照度的總腔和定標(biāo)太陽(yáng)光譜輻照度的光譜腔?？偳徊捎秒娞娲鷾y(cè)量方式，使用電加熱功率復(fù)現(xiàn)光功率造成的溫度升高，用可以精確測(cè)量的電功率代替光功率，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的功率測(cè)量。系統(tǒng)裝配集成后，利用自建的LabView系統(tǒng)，進(jìn)行了初步的測(cè)試工作。經(jīng)過(guò)電加熱測(cè)量，第一版總腔的時(shí)間常數(shù)為33 s，總腔達(dá)到熱平衡時(shí)間需要7～8 min?？紤]到電加熱片阻值、鍺電阻溫度傳感器阻值等隨溫度的變化，設(shè)計(jì)了空間低溫絕對(duì)輻射計(jì)的總腔測(cè)量流程。

空間低溫輻射計(jì)采用一次光加熱和兩次電加熱模式進(jìn)行光功率測(cè)量。開(kāi)快門(mén)后進(jìn)行光加熱過(guò)程，經(jīng)過(guò)一段熱平衡時(shí)間后，放置在總腔上的鍺電阻溫度傳感器輸出平衡溫度值(以電壓形式輸出VL)。之后關(guān)快門(mén)，開(kāi)始電功率加熱過(guò)程。第一次電加熱測(cè)量中使用的估計(jì)電功率是由自測(cè)試和光加熱過(guò)程測(cè)溫電阻輸出的平衡電壓給出的。自測(cè)試過(guò)程是在系統(tǒng)降溫完成后，熱沉溫度等控制在需求范圍內(nèi)，在總腔上加不同的電加熱功率，考察不同加熱功率下總腔測(cè)溫電阻輸出的平衡電壓值，給出總腔的響應(yīng)度，利用該響應(yīng)度和光加熱過(guò)程輸出平衡電壓，計(jì)算出關(guān)快門(mén)后第一次電加熱所需電功率P1。經(jīng)一段平衡時(shí)間，測(cè)溫電阻輸出平衡電壓V1。此時(shí)的V1并沒(méi)有完全復(fù)現(xiàn)光加熱輸出的平衡電壓VL?？紤]該差異經(jīng)過(guò)修正后的電加熱功率P2加載在總腔上，平衡后輸出的電壓為V2。那么產(chǎn)生VL的平衡電壓所需要的電加熱功率PH可以由兩點(diǎn)插值給出：

(1)

進(jìn)入總腔的光功率PL為：

(2)

其中，T為窗口透過(guò)率，N為光電不等效系數(shù)，A為腔體吸收率，PS為被散射到吸收腔外的光功率，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算獲得。

總腔經(jīng)過(guò)上述流程后測(cè)量出光功率，設(shè)計(jì)光功率測(cè)量精度0.02%。與主光闌面積結(jié)合能夠得到太陽(yáng)總輻照度。

定標(biāo)太陽(yáng)光譜輻照度光譜腔由于響應(yīng)度、時(shí)間常數(shù)等的限制，其熱容不能太大，這就限制了腔體的體積和質(zhì)量，不能采用電替代方式，腔體沒(méi)有加熱片。光譜腔利用其吸收光功率后的溫度升高值與總腔進(jìn)行定標(biāo)。定標(biāo)時(shí)，兩腔通過(guò)兩塊已知面積的光闌同時(shí)對(duì)太陽(yáng)測(cè)量，光譜強(qiáng)輸出平衡溫度，總腔測(cè)量光功率，經(jīng)過(guò)換算得到光譜腔吸收光功率，建立光譜腔吸收光功率與其溫度升高值之間的關(guān)系，完成光譜腔定標(biāo)。光譜腔定標(biāo)完成后，即可測(cè)量單色太陽(yáng)光的光譜功率與輻照度。

3.3 創(chuàng)新點(diǎn)

我們經(jīng)過(guò)深入細(xì)致的指標(biāo)論證及性能評(píng)價(jià)研究，提出了可行的SCAR研制方案。通過(guò)優(yōu)化腔型幾何尺寸以及選擇內(nèi)壁吸收黑材料，實(shí)現(xiàn)了具有超高吸收比斜底腔的設(shè)計(jì)，斜底腔吸收比高達(dá)0.999 928±0.000 005。通過(guò)采用OHFC銅材料制作，改善了低溫環(huán)境下吸收腔的熱容和熱導(dǎo)，使得總輻照度腔和光譜腔具有較短的時(shí)間常數(shù)。

4 總結(jié)與展望

中科院長(zhǎng)春光機(jī)所正在研制空間低溫絕對(duì)輻射計(jì)，其工作溫度20 K，包含有測(cè)量太陽(yáng)總輻照度的總腔和定標(biāo)太陽(yáng)光譜輻照度的光譜腔，能夠?qū)崿F(xiàn)0.02%精度水平的光功率測(cè)量，并且實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光譜輻照度定標(biāo)。該裝置與作為實(shí)驗(yàn)室輻射基準(zhǔn)的低溫輻射計(jì)相比，功率測(cè)量精度水平相當(dāng)，系統(tǒng)集成度高，增加光譜輻射定標(biāo)功能，更適合作為空間輻射基準(zhǔn)使用，為我國(guó)建立獨(dú)立自主的在軌可溯源的遙感器輻射定標(biāo)系統(tǒng)提供了重要保障。2020年將通過(guò)改進(jìn)、總裝調(diào)試、熱沉高精度溫控、牽制光學(xué)系統(tǒng)配置以及加光測(cè)量和指標(biāo)表征等工作，建成空間輻射基準(zhǔn)儀器，并且為遙感器在高精度輻射定標(biāo)服務(wù)。未來(lái)將以該儀器為核心，建立遙感器光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)傳遞系統(tǒng)，并將其應(yīng)用在航天領(lǐng)域，建成在軌直接溯源至國(guó)際單位制的定標(biāo)系統(tǒng)，將遙感器輻射定標(biāo)精度水平提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，滿足用戶對(duì)遙感數(shù)據(jù)精度和溯源性的需求。