美国和欧洲分别启动了CLARREO和TRUTHS项目,计划将实验室辐射基准发射到空间,建立“可溯源SI空间辐射定标标准实验室”,以提高全球在轨辐射定标水平。地-月成像光谱仪是建立我国自主的“可溯源SI空间辐射定标标准实验室”的关键仪器,地面试验时需要装载于载荷舱内搭载于高空气球平台上,工作于海拔20km的临近空间平流层。为了保证光谱仪的探测精度,需要保证光谱仪的优良温度水平与载荷系统的温度梯度,因此需要对载荷系统的热控技术进行研究。文章首先对载荷系统的热环境进行了分析,基于此建立了载荷系统的热平衡方程。依据冬至与夏至常用工况,计算得到两种工况下的太阳直射、地球红外辐射与地球反照三种外热流的数值,并分析了气动热的影响。将载荷系统的飞行状态划分为上升与平飞两个阶段,分别计算载荷系统表面对流换热系数数值,其中,上升段计算采用了瞬时分段拟合方法。以上分析计算结果用于指导载荷系统的热设计与热仿真。然后,依据光谱仪框架温度的低温热设计目标,进行了热设计参数的灵敏度分析工作,确定影响光谱仪框架温度的主要热设计参数。依据载荷系统的热平衡方程与热控原理,筛选出12个热设计参数进行灵敏度分析,分别采用了基于有限元仿真的Morris筛选法与Spearman等级相关系数公式进行了参数的局部与全局灵敏度分析。为了分析多参数耦合作用对光谱仪框架温度的影响,又采用了基于BP神经网络代理模型的参数Sobol’灵敏度分析方法,得到了参数的第一阶与总阶灵敏度指数值,并采用BP-Garson灵敏度计算方法进行了验证,得到了灵敏度排序靠前的参数主要是载荷舱外表面对流换热系数、表面辐射特性以及光谱仪框架与其它部件间的导热能力,在热设计中对于这些参数需要重点设计。接着,基于载荷系统的热环境分析与热设计参数的灵敏度分析结果,对载荷系统进行了详细的热设计与热分析。根据载荷系统的热设计指标,分别设计了载荷系统的被动热控与主动热控措施,特别的,对探测器导热填料选择进行了试验验证。定义了载荷系统的冬至与夏至工况,并依据前面建立的载荷系统有限元模型仿真得到了两种工况下载荷系统的温度分布结果,计算结果表明,两种工况下光谱仪框架温度均可实现1小时内降温至-5±2℃并维持该温度3小时以上,光学窗口温度始终高于-8℃,满足热设计指标要求。最后,针对基于代理模型的热设计参数灵敏度分析方法的提速进行了优化设计。在提高生成用于灵敏度分析的参数数据集的速度与准确性方面,采用了基于I-DEAS内嵌宏开发技术与MATLAB文本替换的方法,实现了热设计参数的自动输入与修改;在提高代理模型的训练速度与参数灵敏度的计算速度方面,引入了速度更快的RBF神经网络与Kriging代理模型,两种代理模型计算速度约为BP神经网络的1.1倍与60倍,同时也验证了基于BP神经网络计算的参数灵敏度的收敛性。灵敏度分析方法的提速优化对大量参数模型的灵敏度分析与模型修正工作具有重要意义。