中国空间科学技术 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (2): 15-24.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0018
张彦龙1,李丽芳2,夏舟3,郭朋真3,*
ZHANG Yanlong1, LI Lifang2, XIA Zhou3, GUO Pengzhen3,*
摘要: 随着空间太阳能电站的发展,高效能和零遮挡的太阳能聚光器需求不断增加,然而现有技术在焦斑均匀性和像差控制方面仍存在诸多挑战。为了解决这些问题,提出了一种口径为500mm、焦径比为3的离轴共轭式点聚焦太阳能聚光器及其光路优化方法。该聚光器由离轴主镜、共轭镜、平面反射镜和定日跟踪机构四部分组成。离轴主镜提供主要的光学参数,共轭镜用于像差补偿,平面反射镜实现精准定位。通过几何构造方法对反射面的面型进行调整,构建精确的数学模型,并采用光线追迹方法分析光路。针对主要像差构建优化函数,利用点列图和辐照图分析焦斑形状变化规律,并通过调整离轴主镜和共轭镜的反射面面型,有效地减小像差,提高聚光比。在正入射和多角度入射条件下进行了详细的光学仿真,以优化光路设计。在室外-10℃环境下进行的聚光实验证明了该系统的像差补偿效果,光学聚光比超过100,焦点最高温度达到372℃。研究结果表明,离轴共轭式聚光方法通过多层次的优化手段,实现了零遮挡、高聚光比和高精度的聚光效果,在空间太阳能系统中具有显著的应用潜力,为未来的太阳能利用技术提供了新的解决方案。