圆锥近似Wolter-I型X射线望远镜用柱面反射镜面形误差检测方法

基于热弯玻璃的圆锥近似Wolter-I型X射线聚焦望远镜采用在凸柱面镜模具上热弯超薄玻璃的反射镜片制作方式,柱面镜低频面形误差和中频波纹度是影响望远镜聚焦性能的主要因素,因此高精度快速检测凹凸柱面镜中低频表面误差是研制中的关键技术。传统的柱面样板法无法检测超薄镜片,且只能检测对应样板半径的面形,检测效率低,无法满足要求。采用基于计算全息的零位补偿干涉检测法和激光扫描两种方法,对超光滑凸柱面模具和超薄凹柱面镜片进行快速定量检测,计算了两种检测方法的功率谱密度,通过表面的斜率误差拟合得到点扩散函数曲线和半功率直径。结果表明:两种方法都能够快速定量表征中低频表面误差对X射线望远镜角分辨率的影响,为提高反射镜制作精度和改善X射线望远镜聚焦性能提供了技术支撑。     

基于多锥晶体的多能点X射线光谱仪北大核心CSCD

为了克服传统弯曲晶体光谱仪存在检测的像差问题,基于衍射聚焦X射线特征能量谱范围、衍射光源位置、聚焦成像距离等关键的物理参数,设计了具有高光谱分辨力及宽光谱检测范围的多锥晶体X射线谱仪。从结构原理上讨论了该光谱仪的特点,研制完成了连续光滑的多锥表面X射线衍射聚焦弯曲晶体,通过单次X射线衍射聚焦诊断实验即能实现不同能量X射线无像差检测。对Ti的K_(α)与K_(β)射线光谱进行了多次衍射聚焦检测实验,获得了不同聚焦成像位置下的K_(α)与K_(β)特征谱线强度分布,并完成了光谱仪谱线聚焦能力与光谱分辨力分析。根据晶体对X射线聚焦程度与成像位置的关系,进行了不同聚焦成像位置处连续锥面光谱仪的聚焦性能分析,确定了最佳聚焦位置。实验结果表明:多锥晶体X射线光谱仪的聚焦能力得到显著提升,能谱检测范围可以覆盖4.51—5.14 keV,且在较大尺寸光源基础上仍能保证光谱分辨力达到600以上。     

某空间可见光相机的机身桁架结构设计

作为空间可见光相机的主要承载结构,机身桁架结构对于保证机身的力学性能至关重要。为了保证空间相机机身的结构刚度和稳定性,针对机身桁架结构设计进行了研究。研究了桁架的基本结构,分析了支杆力学性能的影响因素,探讨了支杆长度和角度对该机身桁架力学性能的影响。分析了支杆数量、支撑位置和分布形式对机身力学性能的影响,并分析了"△"型和"X"型桁架结构的特点。通过选择合理的支杆数量和分布形式,保证了机身桁架的力学性能。然后在设计分析的基础上进行了力学试验,验证了机身的力学性能。试验结果表明,该桁架结构的设计能够获得较好的力学性能,满足机身结构的设计要求。     

美科学家设计出高分辨率X射线望远镜

美国科学家设计出一种新型X射线望远镜,其分辨率可望达到目前普通X射线望远镜的上百万倍.这将使天文学家能够清晰地观测到太阳系附近的恒星,甚至拍摄到黑洞的照片.美国宇航局发表的新闻公报说,这种X射线望远镜是使用X射线干涉测量技术,利用多个小型X射线望远镜来构成一个观测系统,以达到大型望远镜的观测效果.该局和美国科罗拉多大学的科学家已经用新技术设计出一个小型样镜,并在真空罐中进行了试验,取得的结果是目前普通X射     

400 mm跟踪望远镜结构设计和分析

针对主镜口径为400 mm口径的跟踪望远镜的设计要求,提出了一种有效的结构形式。首先确定了望远镜的光学结构形式和系统参数,并将整个系统分成了几个主要组成部分。接着着重确定了主镜室的结构形式,通过优化最佳支撑位置确定了主镜的支撑结构;同时确定了次镜室以及三翼梁的结构。然后运用有限元建模、分析的方法,重点分析了反射镜的面形精度受重力变形和温度变化的影响,进行了整个望远镜系统的刚度分析和温度变化对主次镜间隔的影响。保证了主镜在极限情况下面形RMS 30/,整个系统具有较好的刚度和环境适应性。分析结果表明,反射镜支撑结构以及整个系统的设计均达到了设计要求,可以为类似结构提供一定的指导。     

国外大型地基望远镜主镜支撑综述

对于大型地基望远镜来说,主镜支撑是关键技术之一,主镜支撑效果直接影响望远镜的观测能力,文章详细介绍了目前国际上具有代表性的一些望远镜主镜的底支撑和侧支撑方法和结构等,总结了主镜支撑的几个原则,期望对我们从事大口径望远镜的研制提供一些借鉴意义。     

测量掠入射空间光学件的五棱镜长轨轮廓仪（PPLTP）

1 掠入射空间光学件的测量要求近几年世界各地对X射线天文学的兴趣不断增长。最近发射的和不久将要发射的空载X射线天文望远镜航天器。执行飞行任务的次数不断地增加,诸如ROSAT、SXO、SAX、AX-AP和XMM等望远镜,在这些望远镜中,用于聚焦X射线的光学系统都是采用各种结构形式的掠入射光学件。wolter TypeⅠ系统采用一个抛物面和双曲面根结合的光学系统;Wolter—schwarzchild TypeⅠ系统是由WolgerⅠ系统形状略加变更构成的,WolterⅠ系统近似呈薄片锥形体;Kirkpatrick—Baez(K—B)系统     

硬X射线光学系统和图像记录的现状及未来

在硬X射线区(10～100keV),单层反射镜的总外反射对掠入射光学件不再有用,而多层的布拉格反射在此区域则较有利。最近有一台用多层反射镜制造的硬X射线望远镜在进行试验,拟实用于24～36keV区。其聚焦像用新研制的位置敏感CdZnTe固体探测器测量。硬X射线光学系统的进一步发展正在进行,以便将能量范围扩展至100eV,并改进图像分辨率。这些发展可能在硬X射线区打开新的研究领域。     

空间红外望远镜无热化支撑结构形式综述

空间红外望远镜的成像质量依赖着低温深冷的环境。在这种环境下,对反射镜的结构及其支撑结构都提出了严格的要求。介绍了当前国内外望远镜的被动支撑结构(如bipod、hexapod和whiffle tree结构),然后对国内外望远镜的主动支撑结构形式和促动器的原理进行了分析说明。通过对国内外望远镜主、被动支撑结构的分析,对二者进行了对比,并指出了它们的优缺点以及各自适用的领域。提出了两种实现无热化支撑结构的方法：对于拼接式望远镜,采用whiffle tree结构和促动器的组合支撑形式;对于单块式望远镜,采用whiffle tree结构和A frame结构并搭配促动器的支撑形式。     

大口径大视场校正镜组支撑与装配方法综述

校正镜组是大口径大视场望远镜的核心组件。为了满足透镜面形和成像质量等光学设计要求,透镜支撑结构的设计与安装对准方式的选择尤为重要。本文详细介绍三种透镜支撑结构,压圈隔圈支撑、RTV弹性体支撑和柔性结构支撑,并对三种支撑方式优缺点进行比较。结合实例总结了校正镜组的安装对准方式,对大口径大视场望远镜校正镜组的支撑结构设计及安装方式确定具有非常好的借鉴意义。     

多物理场下望远镜主次镜失调分析研究

为满足光电跟踪设备的设计精度要求,减小并评估主镜筒变形对主、次镜位置相对变化的影响,利用Ansys Workbench有限元分析软件对主镜筒进行了热稳态分析、静力学分析以及多物理场耦合分析。分析出了主镜与次镜的偏转角,对主镜筒结构提出了相关修改意见。通过仿真所得的结果可知,主镜筒因太阳照射不均而产生的弯曲变形对反射镜的偏转影响最大。为减小反射镜的偏转,将次镜由镜筒支撑改为由次镜支撑架支撑,并加固次镜与调焦机构间的支撑连接。再次对修改后的主镜筒进行了处于水平、上仰45°、上仰90°时的静力学分析,对主镜筒进行了温度场与重力场耦合的多物理场分析。仿真所得的反射镜偏转角度数据将为光电跟踪设备的实验标校提供一定的参考依据。     

深空探测相机超轻主支撑结构优化设计

根据深空探测相机轻质高刚度、高性能的要求,设计了一种超轻主支撑结构。深空探测相比于地球探测环境更加严苛,主支撑结构作为主承力结构,其在发射、在轨环绕阶段都应具有高稳定性,来保持各光学元件之间的相对位置不变。与传统方法相比,文中采用拓扑优化得到清晰的主支撑结构的最佳传力路径,然后通过尺寸优化来提高主支撑结构基频。最后进行轻量化设计,其前后框架结构轻量化率达到90%以上。仿真分析和试验结果表明,主支撑结构满足公差要求且基频（80.264 Hz）远远高于整星一阶频率,应用光学测量的方法振前、振后前框架相对于后框架倾角为3、0.3,满足光学系统的公差要求,具有较好的稳定性。大量级力学试验后系统的波像差/14,满足光学系统成像质量要求。     

大型射电望远镜结构总体方案研究

针对我国待建的110 m全可动射电望远镜(QTT)的工作特点, 以提高主反射面精度为目标, 以最佳吻合抛物面为拟合标准, 分析了传统结构方案致使精度较低的本质原因为反射体变形不均匀, 主要源于如下三方面: 主反射面存在集中荷载作用、背架结构支承方案不合理、背架结构体系空间受力性能不佳。基于此, 改变副反射面撑腿坐落位置, 对背架结构采用三角锥、四角锥相结合的网架式结构方案, 并对其引入一种高度极对称的伞撑式支承方案。最终提出的全可动望远镜结构总体方案显著提高了主反射面精度, 其RMS最大值可降至0.306 mm;相较目前世界最大的全可动射电望远镜GBT而言, 其反射面积增大了10%, 精度提高了12.6%, 自重降低了40%, 其研究成果达到国际先进水平。     

红外望远镜变步长自动对焦设计

在远距离目标检测和跟踪的过程中,成像清晰起着至关重要的作用.红外望远镜系统的成像距离远、景深短、失焦引起图像模糊.由于大气折射,望远镜所成的像处于不断变化之中,造成传统对焦算法对焦成功率、效率偏低.为了提高自动对焦的成功率和速度,采用了一种具备变步长的爬山法,利用多次求图像清晰度取其中位数的方法保证清晰度评价的准确性,...     

空间薄膜衍射望远镜展开结构设计与分析

为满足空间探测对大孔径空间衍射望远镜的需求,提出了一种空间薄膜衍射望远镜主镜展开的结构形式。首先分析了大孔径空间衍射望远镜成像的特点,提出大孔径空间薄膜衍射望远镜主镜展开对结构设计的要求。然后根据这些设计要求设计了一种新型的展开结构形式,使用三维建模软件Solid Works对提出的模型进行三维建模。最后使用Adams对展开结构模型进行仿真分析。对虚拟样机进行初步仿真结果表明,该展开结构在旋转驱动的驱动下各部件可以按照设计的运动形式展开,且运动平稳、可靠。所提出的主镜折叠展开结构为大孔径空间衍射望远镜主镜展开结构设计提供了一种新的思路。     

X射线望远镜超薄镜片装配结构的粘结强度探究

基于超薄玻璃的嵌套式圆锥近似Wolter-I型聚焦望远镜采用环氧树脂胶作为镜片装配的关键粘结材料，其微米级厚度的胶层粘结强度决定了望远镜的力学性能。文中研究了超薄镜片-F131环氧树脂胶-石墨组成的粘结结构在不同固化环境湿度、不同石墨表面粗糙度下的粘结强度。结果表明，粘结强度随着环氧树脂固化湿度的增加而减小，随着石墨表面粗糙度的增加而增加。进一步，通过比较石墨表面层剥离面积比，确定石墨表面层剥落是造成粘结结构失效的主要形式。最后，引入B基准值作为粘结强度评价指标，提高粘结性能评价的准确性和可靠性，为望远镜装配提供了参考。     

空间太阳望远镜热设计

针对空间太阳望远镜工作时间长、工作环境苛刻的热特点，在极端工况条件下对空间太阳望远镜本体框架和导行镜进行热设计。通过在高低温工况下进行有限元仿真分析与热平衡试验，对本体框架和导行镜热分析与热平衡试验结果进行了对比，其温度均控制在22 ℃，并且同一工况下各组件的温度波动均小于1 ℃，验证了热设计的正确性。同时本体框架与导行镜有限元仿真与热平衡试验在高温工况下的功耗差为1.2 W，低温工况下的功耗差为0.8 W，仿真分析和热平衡试验吻合，分析正确有效，保证了望远镜在复杂工作条件下的正常工作，为提高空间太阳望远镜本体模块与对日追踪光学系统的可靠性与热设计优化提供了理论依据。     

TMT三镜被动支撑系统的概念设计

TMT（Thirty Meter Telescope）望远镜是一台R-C式的30 m口径光学红外望远镜，其三镜为椭圆形平面镜，口径为3.594 m2.568 m，质量达到1.8 t，三镜系统需要把来自次镜的光折转到望远镜两侧耐氏平台上的一系列科学仪器上，具有跟踪和快速定向功能。支撑系统包括底支撑系统和侧支撑系统，根据TMT对三镜的面形要求，提出了底支撑系统采用18点Whiffletree结构，通过优化分析，面形RMS值达到118.5 nm。针对侧支撑系统，提出了基于kinematics原理的12点支撑方式，侧支撑作用下的面形RMS值为4.7 nm，两者综合作用下的面形RMS值优于77 nm。按照支撑系统方案，设计了一种满足一定质量和体积要求的支撑系统结构。