高速近空间飞行器是实现全球快速打击武器系统的重要组成部分,可搭载核武器和常规武器,是继洲际导弹、人造卫星和航天飞机之后航天技术的重大飞跃。其中热防护系统的散热性能制约飞行器在气动模式下的极限飞行速度与滞空时间。以热辐射为主要散热形式的热防护材料具有不影响气动模式和可重复使用的特点,该类热防护材料以发射率为主要评定指标。课题的目的是研究测量该类热防护材料发射率的方法、理论和关键技术。该类高温热防护材料辐射特性的评定是设计高速近空间飞行器热防护系统的重要依据,对我国未来的战略安全体系具有重要的意义。　　在高温发射率测量问题中,在不允许增加辅助测温装置的条件下,完全实现在线高温目标的发射率测量具有重要的现实意义,也是本文研究的难点问题之一。在研究随机无规则粗糙表面发射率问题上，表面粗糙状态的随机性与无规则性对发射率的量值影响问题较难解决,是本文需研究的又一重要问题。模拟高温环境的发射率测量问题上，在高真空环境下,克服超高温热平衡状态下热辐射的高次非线性耦合问题,实现超宽温区的非导电、非特制、小尺寸样品的自由辐射状态的加热,克服高温定标黑体轴向热膨胀的热应力问题,克服高温背景辐射的影响及高温自由热辐射状态样品的测温问题是函待解决的重要技术问题。　　课题“高温热防护材料发射率测量技术研究”的研究目的是解决高温热防护材料在线发射率测量、随机无规则粗糙材料表面的发射率计算及模拟高温环境的发射率测量的关键技术等问题。本课题的主要研究内容如下:　　首先,提出了基于洛伦兹复介电函数和粒子群算法的新型宽光谱发射率在线测量方法。针对不允许增加辅助测量装置的高温在线发射率测量问题,构建基于洛伦兹复介电函数的光谱发射率模型,并建立以光谱亮温方差最小化为计算目标的约束方程。采用基于傅里叶光谱仪的多温度点多光谱黑体定标方法,克服光谱仪响应的非线性问题,并采用光谱仪测量未知温度在线目标的光谱辐射亮度。采用粒子群算法计算约束方程中的多维参量,得到高温目标的光谱发射率及真温等参量。实验表明,该方法计算的光谱发射率在2～20μm光谱范围内,与理论基准值的最大误差小于4.6％,与光谱能量比较法的测量结果的最大误差为3.5%,并随着波长的增大,光谱发射率计算误差逐渐减小。　　其后,提出了随机无规则粗糙表面光谱发射率计算方法。针对几何光学粗糙量级的二维随机无规则粗糙表面的发射率计算问题,建立基于多次反射理论的局部非规则形状表面的表观发射率自辐射模型,得出局部粗糙因子与表面积的函数关系。采用高斯功率谱密度的二维随机粗糙表面的建立方法生成表达二维随机粗糙表面的矩阵,并采用离散三角形覆盖法计算随机粗糙表面的表面积,并建立整体粗糙表面的表观发射率与粗糙参数的函数计算关系。实验表明,采用该方法计算的光谱发射率与实验测量结果的误差的最大值为5.7%。提出的方法得到了二维随机无规则粗糙表面的表观发射率与粗糙参数的内在联系,适用于任意随机无规则粗糙表面的表观发射率计算。　　最后,模拟热防护材料在实验室环境的超高温和高真空条件下的热辐射状态,建立了基于傅里叶光谱仪的宽温区、高真空、宽光谱发射率测量系统。基于梯度电阻结构石墨发热体的强电流加热方式,克服了建立绝缘材料的超高温高次非线性热平衡的技术难点;采用往复滑动石墨电极结构,克服了超高温管式黑体腔因线膨胀产生的热应力技术难点;采用高压流体强制冷却技术,解决了密闭真空环境下因强辐射加热产生的非恒温背景辐射干扰问题;采用非线性辐射热分析的方法,分析了超高温非线性辐射耦合加热系统的热物性参数影响。分析了影响发射率测量结果的不确定度,估计了发射率测量结果的标准不确定度约为2%。