空间天文仪器反射镜材料优化与应用研究

针对空间天文光学仪器反射镜材料的选择,论述了空间反射镜材料的优化方法,对比分析了反射镜材料的性能,并以空间太阳望远镜中的摆镜及Φ1m主镜研究为依托,建立了摆镜与主镜有限元模型,根据模型完成了反射镜材料的计算优化,得到了其力学及热分析结果.结果表明,反射镜的力学及动力学环境要求较高时,铍材最优,碳化硅次之;对于仪器温控范围较宽或对日观测时,微晶玻璃最优,碳化硅次之.根据反射镜材料优化结果,确定了以金属铍作为空间太阳望远镜中的摆镜材料,并进行了铍镜研制,检测结果满足技术要求.     

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的选择。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。     

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。     

大口径拼接望远镜成像系统的远场特性

本文根据衍射光学理论和几何光学理论,利用已得到的拼接望远镜的理论解析表达式和建立的数值仿真模型,对拼接望远镜光学系统的远场特性进行了分析计算,包括系统的理论衍射光斑直径、点扩散函数、斯特列尔比以及光学传递函数等。并根据仿真模型分析了拼接主镜中分块镜平移误差和倾斜误差对拼接望远镜系统远场的影响。分析结果表明,拼接主镜的平移误差和倾斜误差都影响系统的点扩散函数、斯特列尔比和光学传递函数,并使远场成像模糊;其中分块镜倾斜误差会额外引入平移量,如果补偿掉平移量对望远镜系统的远场性能有很大提高。     

地基望远镜主镜支撑性能分析

主镜面型精度是地基大口径望远镜最关键的技术指标之一.为了研究主镜室以及主镜底支撑和侧支撑系统的重力变形造成的主镜面型误差,介绍了一地基光电望远镜的主镜室及详细的主镜支撑结构,借助于有限元法,建立了主镜,主镜室和支撑结构的详细有限元模型,分析计算了主镜在支撑状态下的镜面变形情况,并通过ZYGO干涉仪进行了面型检测.计算结...     

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.     

氦制冷在90年代航天器上的新应用

80年代发射的红外天文卫星上的红外望远镜已开始采用超流氦制冷。这是为红外天文学设计的低温望远镜的具体应用。这种低温望远镜用于8～12μm 波段的空间观测。望远镜主镜的直径为40cm。蒸发制冷系统可以使其中的探测器的温度降到2.4K,光学系统的温度降到2.2K,寿命为1年。内部的氦容器呈圆柱形,周围装有光学系统。四周还有3个蒸发制冷屏和多层隔热系统.液相氦和气相氦的分离采用多孔塞式的相分离器来实现。多孔塞位于氦出口管与器壁的接口处。80年代在航天飞机上进行的红外天文学实验所用的氦制冷系统在小型化方面有所改进。     

大尺寸望远镜主镜组件有限元分析

为定量分析大尺寸望远镜自身重力对主镜镜面变形造成的影响,采用有限元的手段以非线性分析方法的ABAQUS软件为研究工具对某大尺寸望远镜主镜组件进行了精确有限元分析.在分析过程中将罚函数的摩擦形式引入至主镜组件的摩擦接触中,分别对组件的球头接触、芯轴接触进行了建模,完成了对于组件Y向与Z向的各部分应变分析.分析表明该主镜组件因自身重力作用造成的面形变化非常小,RMS方面的Y向与Z向面形变形分别为16nm和13nm,而主镜绕X轴倾斜量在Y向和Z向分别为0.5″和0.02″,完全满足使用条件.该分析为该望远镜的后续研制提供了参考.     

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。     

直径为4.3米望远镜主镜的清洗与镀膜工艺及设备若干问题的探讨

在论述４．３米望远镜主镜清洗与镀膜必要性和要求后，阐述了优选清洗剂和清洗方法，并设计了真空镀膜工艺，镀膜机和清洗设备．     

离轴反射式光学系统设计

提出通过光瞳和视场离轴,实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计方法。在同轴三反射光学系统基础上,将光瞳和视场适当离轴,实现镜间遮拦的消除。分主镜或次镜为系统孔径光阑两种情况,导出同轴三反射光学系统初级像差公式和初始结构参数计算公式。由三反射系统成像性质,进一步总结无焦光路条件。根据设计理论计算离轴三反射系统初始结构,利用Zemax优化得到无中心遮拦的离轴三反射空间观测望远镜。入瞳320mm,视场(±0.3°)×(±0.6°),焦距1800mm。     

空中观测设备——艾姆斯(AMES)红外球载望远镜

空中观测设备(Airoscope)是为观测红外波段的星体而设计的球载望远镜系统。望远镜用陀螺稳定,其定向指令来自电视、星体跟踪器或地面站。由一对磁通门伺服罗盘作初始定向后,电视系统再进行搜索扫描和准确的截获。指挥和控制是借助256路指令的超高频线路实现的。科学和工程数据由“L”波段窄带调频遥测信号送至地面站。地面站显示飞行期间发回的所有的科学和工程数据,以及工作状况。并记录指令和遥测数据,以便详细分析。望远镜由直径71厘米的主镜和Dallkirkham光学系统组成。主镜光束由摆动的次镜按指令以11或25赫的频率自左或自右开始摆动来进行调制。位于望远镜焦平面上多密度靶(multi-densitytarget)后面的调相管,提供准确的较准信号,并按指令调整次镜进行聚焦。对可见光目标定向精度为±10弧秒(均方根值)以内的星体跟踪器,可根据指令接入陀螺控制回路,以代替电视跟踪可见光目标。吊舱内主能源是银锌蓄电池组,额定寿命为80安培小时。     

1.2m能动镜的模式选择

采用模式控制对能动光学系统的有效运行是十分重要的.针对1.2 m能动镜,对常见的泽尼克模式、主镜的自由振荡模式和本征模式进行了分析,其中本征模借鉴于薄膜反射镜的模式分析,但尚未见到用于能动主镜的模式控制,从能动镜对各模式的拟合精度以及选用的模式数量与能动镜系统的校正能力的关系考虑,选择离焦、三阶彗差和9阶本征模作为1....     

提高大口径金属主镜面形精度的方法

分析了影响Ｒｉｔｃｈｅｙ－Ｃｈｒｅｉｔｉｅｎ光学系统中金属主反射镜面形精度因素，采用有限元法对立交易的加工过程及其安装进行了模拟，指出提高主镜的面形镜度，既要合理主镜材料的热处理工艺，也要对加工参数进行控制。良好的稳定化处理可以有效地消除材料内部的残余应力，保证主镜尺寸的稳定性。提高加工基准的精度，并采用组合加工镜面，可以大大提高主镜的面形精度，最后，给出了主镜的干涉仪检测结果。     

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。     

运动平台上跟踪系统主镜筒动态特性分析

本文根据运动平台上某跟踪系统主镜筒的设计方案,在ansys平台下建立系统有限元分析模型,求得了主镜筒的前十阶固有频率和结构的强弱分布,确定了结构分析的重点为主、次镜的相对位置变化.定义了描述主、次镜相对位置变化的参量及其计算方法,并在冲击载荷作用下计算分析了主、次镜相对位置的瞬态响应,总结了主镜筒的响应规律.分析结果为...     

DS3型水准仪望远镜成像质量的调整

DS3型水准仪望远镜光学系统由三分离式物镜组(如图1)或双分离式物镜组（如图2)和双焦合调焦镜组组成。当仪器受到外界不良因素影响时．望远镜成像质量会变差。根据《水准仪检定规程》。用鉴别率法来检验望远镜成像质量，当望远镜的鉴别率达不到要求时．说明望远镜的成像质量已不合格，需要对望远镜进行调整。     

天平校准系统中加载头初始定位准直方法

提出了一种天平校准系统中加载头初始定位的准直测量方法.该方法采用两个测微准直望远镜及一个高精度的准直立方镜构成了一个空间定位系统.立方镜位于加载头上与加载头坐标系保持固定的位置关系,调整加载头使立方镜与望远镜准直且立方镜的中心与望远镜的轴线重合,使加载头定位到初始位置.为了便于调整,增加了激光粗定位机构.同时还增加了望远镜的校准机构.本方法可以达到角位移3″、线位移0.033 mm的定位精度.     

大型非球面主镜能动磨盘加工模型

大型非球面主镜能动磨盘加工（CCAL）是有别于传统加工和数控加工（CCOS）的新型加工工艺。通过对能动磨盘结构的研究,建立了工件的能动磨盘磨削模型,分析了加工中的边缘效应,并采用压强补偿的方法对磨削模型进行了优化。在Φ1300mm（F／2）非球面主镜能动磨盘加工实验中,以该优化的模型仿真的主镜加工面形与经Hartmann-Shack传感仪检测的实际面形基本吻合。