用于微型卫星的空间遥感全景成像系统

近些年来,许多微米（质量在10-100kg范围内）和纳米（质量在1－10kg范围内）发射卫星的成功开发、研制和发射都证实了微纳卫星技术的发展。近来,该技术相对于过去几十年有了很大进步,这些卫星也逐渐更多地应用到太空发射,例如空间科学、地球观测、飞行构造和空间监测等科学领域,这些领域的应用也对微／纳卫星的大小、质量、能耗量及生产成本提出了很高的要求。因此,目前的研究都致力于专用的集成硬件的发展。在空间卫星的硬件中,空间光学成像有效载荷和微型姿态传感器的发展在空间监测和空间科学应用中有着极为重要的作用。 本文给出了用于记录卫星周围宽广范围像的全景成像镜头模块的发展,光学模块的一个最关键的要求就是它能够覆盖宽视场,并能够分辨真伪,为星象跟踪仪、地平仪和相关追踪设施提供信息。光学模型必须能够为卫星提供一切有用的遥感信息。本文提出的模型的关键技术包括空间遥感成像系统,该空间遥感系统将与光学成像集成得到一个紧凑、低功耗的装置,一起用于微／纳卫星的卫星监测系统与姿态控制系统。     

基于Warping Harness的半主动光学技术发展研究

半主动光学支撑是介于主被动支撑之间的一种调节镜面低频误差并提升支撑系统建造性价比的技术,本文回顾了该技术在地基大口径望远镜中的应用,陈述了其发展历程并总结三种Warping Harness结构形式及工作原理。分析并总结空间、球载、机载领域典型型号望远镜主镜系统结构参数及主镜面误差源,简单描述了船载、车载光电设备的结构组成和工作状态,分析了车、船载光电设备主镜面形影响因素。对基于Warping Harness的半主动光学技术在空间、球载、机载大口径望远镜和车载、船载大口径光电设备等领域拓展性开展了分析。最后对未来国内应用于大口径望远镜的半主动光学支撑进行了展望。     

空间光学反射镜轻量化技术现状分析

随着空间光学遥感器分辨率的提高,反射式空间光学主镜口径不断增大,对反射镜进行轻量化设计已经成为空间大口径反射镜的关键技术.分别从材料选择、结构形式、制造工艺等方面对国内外空间光学反射镜的轻量化技术进行了系统的评述,分析了空间轻质反射镜技术的现状和发展趋势,并对今后的研究工作提出了建议.     

多望远镜信号接收的激光测距系统探测能力

地面激光测距站向空间目标发射激光信号后,其反射的回波信号达到地面站时将覆盖一定范围,通过设置多台望远镜接收信号,有利于提升对激光信号探测能力。根据激光雷达测距方程及信号探测概率,分析了多望远镜信号接收系统的探测概率、提升效果以及等效接收能力。利用中国科学院上海天文台相距约60 m、口径分别为1.56 m和60 cm双望远镜系统,通过双望远镜同时接收卫星的回波信号,研究了双望远镜信号接收系统探测能力。相比原60 cm口径望远镜系统,单位时间内激光回波数增加了四五倍。考虑到1.56 m口径望远镜激光测量性能,双望远镜可等效于一台口径约1.61 m望远镜系统接收能力,验证了多望远镜信号接收可行性和技术优势。分析了多望远镜系统对轨道高度1 000 km、直径10 cm非合作目标测量能力及所需望远镜台数,使该测量技术在微弱信号探测与大口径望远镜激光测量中将会发挥重要作用。     

双望远镜的空间碎片激光测距试验研究

大口径望远镜有助于提升空间碎片目标测量能力。根据激光测距雷达方程应用多台相对较小口径望远镜同时接收激光回波信号,可等效实现单台大口径望远镜激光信号接收能力,弥补大口径望远镜在目标快速跟踪、系统运行维护等方面不足,并可兼顾测距系统测量能力和效率。基于中国科学院上海天文台相距约55 m的1.56 m和60 cm口径望远镜系统,研究了双接收望远镜测距技术,在国内首次开展双望远镜空间碎片激光观测试验,验证了多望远镜同时接收碎片目标激光信号测量技术。测量数据结果表明:1.56 m口径望远镜激光回波接收能力是60 cm口径望远镜的约3~4倍,双望远镜可等效于一台约1.65 m口径望远镜的激光接收能力,在远距离、小尺寸空间碎片目标高精度激光观测中将发挥重要作用。     

一种提高天文巡天探测能力的新方法

在天文巡天观测中一般使用大视场光学望远镜系统,同时为了探测亮度弱的目标,要求光学望远镜具有大的口径.但是受材料、工艺等方面的限制,国内的大口径透射光学系统很难达到大的视场.为了解决巡天观测中这一实际问题,本文拟研究一种使用若干小口径的大视场望远镜组成一个望远镜束系统,通过对望远镜后端的CCD相机采集的天文图像进行图像配准和数据融合的处理,使其达到一个大口径、大视场望远镜系统的探测能力,这将有效的提高对暗弱天体的巡天观测能力.实验结果表明,该方法切实可行,能够有效提高现有望远镜系统的探测性能.     

下一代空间望远镜（NGST）——将采用单片式反射镜

美国宇航局正在对代表下一代空间望远镜(NGST)水平的第二代哈勃空间望远镜(HST)进行可行性研究。第一代哈勃空间望远镜在可见波段对星体和银河星系进行观测,并对其早期形成和演化开展宇宙学研究。第二代哈勃空间望远镜将在近红外波段对宇宙星体和星系进行观测。由于在近红外波段对天体观测要求高灵敏度探测器,光学系统口径尽可能的大,体积小,并且在至少60K低温下工作。美国宇航局最初的设计方案是采用8m直径可展开式主反射镜的超轻型光学系统,将在AtlasⅡ—AS上发射空间观测站。     

临近空间球载望远镜概述及发展趋势

概述了临近空间球载望远镜的发展现状,阐述了优缺点及高应用价值。根据学科分类介绍了国外几种典型的球载望远镜任务,它们代表了当前临近空间球载望远镜发展的最高技术水平。从高力热稳定性的光机结构和精确指向及稳像两个方面论述了球载望远镜的结构特点及关键技术。最后,总结了球载望远镜系统的发展趋势,指出其在长时间高环境适应性、光学系统、口径、指向精度及稳定性、主动光学技术等方面具有较大应用前景。临近空间优越而又廉价的平台资源,为行星遥感探测提供了得天独厚的机会。不久的将来,临近空间球载望远镜进行天体观测将成为一种趋势。     

1985～2000年的地资卫星

美国戈达德空间飞行中心和通用电气公司空间部发表了将在1985～2000年发射的十二个地资卫星系统,这是陆地卫星4号以后的地资勘察活动。其中有关的系统有:(1)同步轨道地球观察系统(GEOS),载有一对地球进行观察的大型望远镜,它可进行快速成象,分辨率3米,可在光频对灾害进行估计。(2)地球观察系统(Earthwa-     

面向大口径地基望远镜视宁度检测方法综述北大核心CSCD

视宁度是现代天文学的一个重要概念。光在传输时受到大气湍流影响而发生闪烁与偏转,即视宁度。在地基大口径望远镜,激光大气传输等方面,视宁度现象对系统的图像质量起到了重要影响。为了对更加深远的宇宙进行探索,进一步围绕宇宙起源、暗物质暗能量等科学目标开展相关研究,对望远镜的分辨率与灵敏度也提出了更高的要求。在激光传输方面,激光通信、卫星遥感以及光学雷达等在大气环境下进行的工作也受到视宁度的影响。因此,如何检测视宁度,成为当前天文领域的重要课题。介绍了目前各类视宁度检测的现状,分析了DIMM、MASS、SCIDAR以及CFD等技术的原理,并在最后进行了总结与展望。     

地球同步轨道随动可展开异形遮光罩技术研究

对于地球同步轨道空间遥感器的成像系统,太阳入侵引起的杂散光和热流量问题是影响系统成像质量的重要因素。目前,解决这个问题的一个有效办法是在通光口径处安装一个外遮光罩。对于未来大口径高分辨率成像系统,其遮光罩尺寸受到了火箭整流罩空间包络的限制。针对地球同步轨道遥感器的高分辨率大口径成像系统,研究了一种随动可展开的异形遮光罩技术,提出一种收缩发射、在轨展开的设计方案,可以优化遮光罩与卫星的空间接口关系;同时,随动技术可以让遮光罩具备相对于太阳入射角度的转动功能,对日形成遮蔽,更加有效地解决太阳引起的杂散光和热流量问题。     

Spontaneously deployable structure for space diffractive telescope

In order to satisfy the demands for diffractive telescopes in space exploration, a new deployable space diffractive telescope is designed. The structure and geometrical sizes of the spontaneously deployable telescope are preliminarily designated through the Serrurier truss principle and the optimized design theory. The finite element model of the deployable structure is established, and its deployed characteristics are analyzed. The prototype of the spontaneously deployable structure is constructed and some experiments are carried out to study its characteristics. Experimental results indicate that the deployable structure is 2.95 m in length, its repetitive deployed precision can reach less than 2 mm, the off-center error is less than 0.3 mm, and its deployed precision can be adjusted to micrometer level by actuators when it has deployed. It has simple structure, low mass, steady and reliable deployment, as well as higher precision for space diffractive telescopes.     

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。     

Optical Designs for Large Detector Arrays on Spherical-Primary Orbital/Sub-Orbital Telescopes

We discuss the guidelines to the optical design for relatively small-aperture sub-millimeter telescopes employing a spherical primary and large-format bolometer arrays. Although optical solutions for large ground optical telescopes using a spherical primary are discussed in the literature, these configurations are not acceptable for orbital or sub-orbital platforms. As a baseline telescope design we will use BLAST, the “Balloon-borne Large-Aperture Sub-millimeter Telescope”, which will be employing bolometer arrays at 250 μm, 350μm and 500 μm, and will carry a 2.0 m spherical primary mirror during the first flight. We examine two different sets of optical solutions that might be used on future spherical-primary small aperture telescopes: first, we discuss configurations employing on-axis optical elements to correct the spherical aberration introduced by the primary. Then, we present several optical solutions using off-axis, cooled mirrors. These configurations are discussed in relation to optical performance and various operational design constraints. A preliminary optical design for BLAST is also discussed.     

空间衍射望远镜自展开结构设计

为了满足空间探测对衍射望远镜的发展需求,针对某衍射光学系统设计了一种空间可展开衍射望远镜。首先,根据Serrurier桁架原理及优化设计理论确定了文中所用展开结构的形式及几何尺寸,并针对某衍射光学系统设计了一种新型自展开结构;其次,建立了该展开结构的有限元模型并分析了其展开后的特性;最后,搭建了原理样机并对其进行了实验研究。实验结果表明:该展开结构的展开距离为2.9 m,展开后的重复精度误差小于2 mm,偏心小于0.3 mm,倾角小于0.2,且可通过促动器将其展开精度调整至微米级,能够满足空间衍射望远镜自展开机构的结构简单、质量轻、稳定可靠、精度高等要求。     

Telescope illumination and beam measurements for submillimeter astronomy

Submillimeter receivers which operate in the highest frequency atmospheric windows must still be mounted on large infrared and optical telescopes. Finding the optimum submillimeter wave illumination for these large telescopes is simplified by their effectively perfect optical surfaces and long focal lengths, but is complicated by telescope optics which have been optimized for non-tapered beams. In order to determine the effects of changing illumination edge taper, we calculated idealized aperture and beam efficiencies for telescopes which are used for submillimeter astronomical observations. The optimum illumination edge taper for the large infrared telescopes is near 10 dB, somewhat less than for classical radio telescopes, and is not very critical as long as it is between 10 and 13 dB. We also present an accurate method for measuring the sizes of, and deviations from, Gaussian beam pattern distributions by using astronomical sources which have sizes comparable with the beam.