空间反射镜材料性能的研究

详细介绍了在不同温度下金属铝、金属铍、金属镍、碳化硅和几种光学玻璃等常用空间反射镜材料的热物理性能和机械性能,比较了各种材料性能之间的差异和利弊,讨论了确定空间反射镜材料的步骤以及需要考虑的相关因素.     

1.2 m高轻量化率主反射镜镜坯结构设计

如何进一步提升高性能米级空间反射镜轻量化率是大口径光机结构研制领域内的核心问题之一。本文为某高分辨率空间相机研制了通光口径Φ1200 mm的主反射镜,实现了面密度40 kg/m2的设计目标。碳化硅镜体采用凝胶注模成型及反应烧结工艺制备,将光轴水平状态作为检测状态以简化支撑结构,在半封闭式镜体内使用了主副筋交叉布置、立壁增加减重孔等轻量化手段,用分布式基准面取代传统基准设置,将基准面加工面积减少80%以上、提高了加工效率。通过参数化建模与集成优化,确定了镜体最优结构参数组合,最终镜体设计重量为46.9 kg。光轴水平时主镜自重变形RMS值仅2.87 nm,镜体自由基频为602 Hz,主镜具有良好的动、静力学特性。镜坯经机械加工后实测重量为51.3 kg、超重约9.4%,镜面厚度不均匀性小于1 mm,当前镜面已抛光至面形精度RMSλ/8 (λ=632.8 nm),未见印透效应。     

拼接望远镜中分块主镜曲率半径的误差分析

本文根据几何光学原理,利用光线追迹方法建立的拼接望远镜光学系统的仿真模型,分析计算了拼接主镜中分块镜曲率半径误差对拼接望远镜光学系统的影响。当主镜为单镜面时候,其曲率半径误差引起的波像差可以通过调焦进行补偿;当主镜为分块镜拼接镜时,由于分块镜曲率半径误差的随机性,望远镜光学系统无法对波相差进行有效补偿,对分块镜的曲率半径要求很严格;当对拼接主镜进行共相后,相当于补偿掉单个分块镜中由曲率半径误差引起的平移和倾斜误差,望远镜像质有很大提高并降低了对分块镜曲率半径误差的要求。     

空间太阳望远镜成像镜调焦机构设计与分析

 根据空间太阳望远镜成像调焦的要求，设计了一成像镜调焦机构。给出了设计的基本原理及设计方法，即步进电机驱动滚珠丝杠，丝杠通过连接杆和转向关节带动内筒，并根据设计加工制作了实物缩尺模型，进行了误差分析，最后给出了机构在锁定状态，16g重力加速度作用下的力学分析。     

用于微卫星星座的空间监视望远镜系统设计

微卫星装载的新型监视传感器对空间目标成像,要求其望远镜简单,重量轻,成本低和快速实现。针对任务要求和当前技术水平,提出采用同轴三反射镜望远镜构型与使用新型材料相结合的设计方法。望远镜系统为同轴三反射镜构型,由3片非球面镜和1片45度全反镜组成,其性能优于两反,而设计与制造又相对离轴三反容易;使用诸如碳化硅和碳纤维复合材料等材料容易控制系统重量。望远镜采用管状外形,反射镜支撑采取周边支撑与背部支撑相结合的形式,使加工和装调较为简单。望远镜模装设计的调制传递函数大于0.2,重量小于5kg,满足微卫星星座平台装载空间监视传感器的关键设计要求。     

空间相机主镜加工状态下的有限元分析

采用轻量化结构的空间相机主镜,因为镜体力学分布较传统的实心镜体复杂得多,因而轻型镜面的加工较之实心镜面复杂得多。镜子在加工中的支撑方式和受力状态是影响镜面加工精度的主要因素之一,没有严格准确的数学分析难以保证镜子的加工精度,本文用有限元法首次对正在加工中的空间相机主镜进行力学分析,根据变形规律设计了几种支撑方案,从中选定了主镜的最终支撑结构。镜面面形的加工精度实现PV值λ／10,MS值λ／62。满足使用要求。     

大口径光学遥感器主反射镜轻量化方案设计

合理的轻量化结构设计是降低大口径反射镜重量的实际而有效的方法,同时可以有效减少自重等对反射镜面形精度的影响。本文以口径为Φ1200mm主镜为研究对象,采用有限元分析作为研究手段,根据等刚度原则,结合实际工艺情况,设计了两种结构形式的主镜轻量化方案。根据有限元分析结果,确定基于反应烧结碳化硅(RB-SiC)工艺、背部半封闭结构、锥形后表面、采用扇形轻量化孔形式的结构方案为首选方案,并成功研制出了反射镜镜坯。     

空间低温光学的新进展

介绍美国计划于２００２年发射的新型红外太空望远镜的低温系统、低温光学仪器的性能；主镜和二次镜的低温性能试验和材料选择。概述了９０年代初期发射的哈勃太空望远镜在实际运转时所存在的问题。     

大口径离轴非球面加工中能动磨盘面形分析

利用齐次坐标变换理论分析了计算机数控能动磨盘加工大口径离轴非球面反射镜时磨盘底面需要形成的实时面形,给出了通用的盘面实时轮廓的计算方法.以NST(新太阳望远镜)的离轴抛物面主镜参数为例.给出了用现有能动磨盘加工时盘面形状及磨盘变形量的计算结果,并将该方法用于两块轴对称非球面(Φ1 030 F/1.6椭球面和Φ1 250...     

大口径望远镜主镜支撑优化分析

大口径望远镜主镜的面形精度是影响望远镜成像质量的关键因素之一.光电系统中主镜轴向支撑点位置,对面形精度起着非常重要的作用,主镜支撑点位置合理与否,在一定程度上影响着光学系统的成像质量.本文对大口径望远镜主镜的轴向支撑和径向支撑技术进行了详细地研究,利用有限元软件ANSYS建立了主镜的参数化模型,对不同口径主镜的轴向支撑点数目和位置进行了优化,从而给出了最佳支撑点的位置.优化分析结果表明了,主镜的面形精度满足系统的精度要求,并且轴向支撑对镜面的面形影响较大.     

空间反射镜轻量化结构的拓扑优化设计

为满足较高面形要求,实现空间反射镜的高度轻量化设计,在直径500 mm 圆反射镜的设计过程中引入拓扑优化方法.依据变密度法建立SIMP模型,在反射镜光轴方向重力的工况下,以结构整体柔度为设计约束,最小体积为设计目标,经过选代,得到了RMS值小于5nm,轻量化率达到75.83%的结构.在同等质量下,传统的三角形孔轻量化结构的RMS值为8.17nm,轻量化率为67.39%.并对优化后的结构与三角形轻量化结构在径向重力工况下进行了面形对比,计算结果满足设计要求.拓扑优化的轻量化方式在面形和轻量化率上都优于传统形式.     

碳纤维复合材料在空间光学相机中的应用研究

随着空间光学相机口径的增大,相机的质量也随之增加,要满足轻质量、高分辨的空间相机要求,碳纤维复合材料是一个很好的选择。根据空间光学相机的精度、稳定性要求,对比了空间相机中常用材料的性能,分析了碳纤维复合材料应用于空间光学相机的三大优势和两大劣势,介绍了国内外碳纤维复合材料在空间相机中的应用概况和水平,指出了碳纤维复合材料在空间光学相机中的广泛应用必然是未来空间光学相机的发展方向。     

超轻超薄反射镜制造过程中的变形控制研究

针对超轻超薄反射镜(超薄镜)径厚比大,自身刚度小、单独加工难度大的问题,采用基底支撑方式对超薄镜进行加工.我们研究了在加工过程中粘接,温度、应力等因素所导致的超薄镜变形的控制手段并对变形控制效果提出了评判方法.通过195 mm口径超薄铣工艺实验对控制变形的工艺进行改进,用改进后的加工工艺进行了340 mm口径的超薄镜制造,得到了比较理想的面形,下盘后PV值5.74λ,RMS值1.02λ(λ=632.8 nm).这表明在超薄镜制造过程中变形控制的技术方案可行,工艺改进方向正确.同时,实验结果表明,超薄镜制造过程中的变形最终表现为镜面出现非重力因素引起的像散.     

长条形SiC空间反射镜轻量化结构优化设计

在保证空间光学遥感相机反射镜结构刚度、面形精度的同时,最大限度的降低反射镜质量,成为各国新兴的、重要的研究课题。本文从材料、支撑形式、相关几何参数以及轻量化结构形式等方面对反射镜进行详细设计。提出了通过拓扑优化确定反射镜背部轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明：重力载荷下面形精度达到 λ/10 PV,λ/50 RMS (λ=632.8 nm),PV值 7 nm,RMS值 1.68 nm,反射镜组件一阶固有频率 256 Hz,均优于传统结构形式的反射镜,能够满足应用要求。     

C/SiC复合材料空间光机结构的研究进展与展望

C/SiC具有轻质、高模、低热膨胀系数等优异的性能,可作为新一代高精度空间光机结构件材料。概述了空间光机结构件材料发展的趋势,对比了RB、CVI、PIP工艺的C/SiC复合材料性能,综述了近年来国内外C/SiC复合材料在空间光机结构中的研究进展及应用情况,指出低成本、短周期、结构和工艺设计以及应用基础研究将是C/SiC复合材料未来发展的重点方向。     

大口径主反射镜支撑结构设计

大口径空间反射镜支撑技术是空间相机研制中的关键技术之一.从保证反射镜组件刚度、强度和热尺寸稳定性的角度出发,对某型卡塞格林系统中980 mm口径主反射镜支撑结构进行了设计.提出采用背部六点支撑,三点为主另外三点为辅的支撑方案,通过在支撑结构中设置柔性环节,从而解决了大口径主反射镜在自重作用下面形精度满足要求而在温变栽荷作用下面形精度严重超差的问题.利用有限元分析软件进行了主镜组件的静、动态刚度及热尺寸稳定性分析,并在分析的基础上对支撑结构中的柔性环节结构参数进行修正,在保证支撑刚度的同时降低了重力、装配应力和热应力对面形精度的影响.分析和试验结果表明,主镜在重力和4℃均匀温升载荷下面形精度达到PV<λ/10,RMS相似文献   

ICF用阵列腔镜及阵列伺服反射镜的新型反射镜结构

介绍了一种新型伺服反射镜,它用单框架结构,用一点支撑两点调整实现反射镜的两维角度调节,新型伺服反射镜有结构简单,体积小,并有调整灵敏度高,稳定性好的特点,可在各种角度下使用,并可以用多个单元组成阵列式伺服反射镜、阵列腔镜。这种新型伺服反射镜及相应的阵列式伺服反射镜,阵列腔镜适用于大型ICF装置。     

汽车防雾反射镜的研制

给出了汽车防雾反射镜的膜系设计原理和制备工艺。反射镜性能指标为 :在中心波长 590nm处 ,反射比 ρmax≥ 0 95,反射带宽约为 50nm ;短波范围内平均透射比达 0 75;长波范围内平均透射比达0 80 ,符合汽车防雾照明使用要求     

Comparative analysis of Zernike aberrations generation with deformable mirrors for ocular adaptive optics

The micromachined membrane deformable mirror (MMDM) and piezoelectric deformable mirror (PDM) are two types of cost-effective deformable mirrors (DMs) that are widely used in ocular adaptive optics. In the current study, a 59ch MMDM and a 37ch PDM are tested and compared in generation of Zernike aberrations which are the most dominant of the human eye. The results reveal that although PDM performs better in larger scope, both DMs have almost similar performance if the individual generation coefficient is within the range of ±1 µm.