我国执行火星探测任务的探测器由火星环绕器和着陆巡视器组成,能同时实现在轨环绕观测和着陆巡视探测任务。火星中分辨率相机在近火轨道可获取分辨率为65m的中分辨率图像,作为搭载在火星环绕器上的光学有效载荷,其主要任务是:绘制火星全球遥感影像图;进行火星地形地貌及其变化的探测,包括火星表面成像、火星地质构造和地形地貌研究。中分镜头作为火星中分辨率相机光学组件,是成像的核心部件,其成像质量的好坏直接关系到火星探测任务能否顺利进行。火星环绕器工作于距地表数百公里的火星轨道之上,面临极低的气压和巨大的昼夜温差,瞬时变化的温度可能对光机系统产生影响,中分镜头面临的工作环境将非常严苛。良好的温控措施能够使得中分镜头工作环境温度处于可控的范围之内,使得中分镜头能够正常工作,由于外部热力环境可能会对中分镜头光学像质产生影响,所以在设计阶段需要对光学镜头在热力扰动下的成像性能进行分析和评价。中分辨率相机光学组件光机热集成仿真包括以下方面内容:1)研究了光学面形参数计算方法,引入离散误差的概念并在实际案例中评估有限元模型消除前后离散误差;采用齐次坐标变换方法来分离光学镜面的刚体位移,用程序实现并校验精度;推导了典型的Zernike多项式拟合方法,对比了不同系数求解方法的适用性;介绍了Zernike多项式拟合中的两种位移校正方法,通过矢高位移计算方法计算了镜面变形节点矢高值并校验计算精度。2)建立了火星轨道模型,对火星轨道外部热环境进行了仿真,在轨道运动参数确定的情况下,对动态变化的中分镜头外部热流输入进行了计算。基于此轨道模型,求得了热控条件下中分镜头表面节点热载和温度变化规律,以及运行周期内任意时刻瞬态温度场分布。3)根据中分镜头可能遭受的外部力学环境,对其进行了力学特性仿真,包括惯性释放、模态响应、随机振动、冲击谱响应、正弦振动,验证了其在复杂力学环境下的抗力学性能。4)根据中分镜头所受外部热力环境,对镜片表面变形进行分析,并对变形节点进行数据提取。基于光机集成分析理论,编制了MATLAB光机集成仿真数据接口程序,并求解出了Zernike多项式拟合系数,利用SigFit进行精度标定;将拟合结果导入光学分析软件中对其进行像质评价,包括传递函数、波前误差的变化情况。结果表明:在动态的轨道热环境下,由变化前后系统传递函数和系统波前可知,成像质量变化在可接受范围之内。