激光武器对我国在轨高价值卫星安全形成了严重威胁。我国目前在轨运行的高价值空间安全卫星绝大部分都不具备强激光攻击防护能力，尤其是暴露在卫星最外部的热控多层组件，一旦大面积损伤，就会造成星内仪器设备温度失控，进而引发电源、姿轨控等分系统故障，诱发连锁反应，造成卫星性能降级、失能甚至报废。
本文针对我国卫星热控组件激光防护需求，开展了柔性激光防护薄膜设计研究，根据需求分析，设计了激光防护初步方案，初步设计的主要包括大面积柔性基底、高反射率层和辐射散热层，其中柔性基底可实现对卫星的包覆功能，高反射层降低激光吸收，辐射散热层用于疏散吸收的激光能量。在此基础上，建立了激光辐照过程热分析物理模型，根据能量守恒定律建立了热平衡方程，确定了边界条件。
依据上述模型，采用多场耦合仿真分析软件系统研究了反射率、红外发射率、基底热导率和厚度等因素对100W/cm²功率密度激光辐照下薄膜温度随时间和空间的变化规律，结果表明，薄膜反射率对激光防护性能影响显著，反射率越高，薄膜温升越低，对于激光防护而言，要实现高的激光防护性能，其激光波段反射率需达到90%以上；发射率越高，薄膜温升越小，但是对于大面积柔性薄膜，通过镀膜方式提高发射率到0.8会带来附着力不足、应力过大等一系列问题，最可行的方案是发射率达到0.5以上；基底薄膜热导率越高，温升越小，但是当热导率达到300 W/m K后，热导率增加带来的温升降低幅度只在几K量级，因此，基底薄膜热导率达到300 W/m K即可满足激光防护薄膜应用需求；基底薄膜越厚，温升越小，但是受限于柔性应用需求，厚度可变化范围有限，分析结果表明厚度为0.1mm到0.5mm之间时，温升仅相差18.3K，因此为尽可能降低重量提高柔性，厚度选择0.1mm。
基于上述研究结果，提出了初步的激光防护薄膜膜系设计方案，并通过光谱设计优化，获得了反射层和辐射散热层的最佳厚度，确定的最佳的膜系设计方案，并通过最高温度仿真分析，获得了该激光防护薄膜的损伤阈值可达到185.6W/cm²×30s，可满足目前阶段我国卫星激光防护需求。

卫星；激光防护；仿真分析；膜系设计；损伤阈值