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。     

轻小型空间遥感相机精密调焦机构设计与试验

空间遥感相机在发射过程中及其在轨运行时,由于大气压力、温度、力学环境等的变化,导致焦面离焦。为了满足成像质量要求,相机在空间投入使用之前必须对偏离的焦面进行校正。针对轻小型空间相机的使用特性及要求,设计了一套调焦范围3 mm的像面移动式调焦机构,质量仅为3.25 kg。利用蜗杆传动的自锁性,防止焦面组件在外力作用下发生窜动。选用微型精密级直线滚动导轨保证CMOS靶面的直线性精度。同时利用光电编码器（16位）实时反馈靶面的位置信息,以保证其定位精度。对调焦机构进行了理论分析、动力学分析及试验验证、精度测试及分析、焦面标定试验等。试验结果表明:调焦机构的一阶固有频率为182.7 Hz,可以有效地避免共振现象;CMOS靶面的直线性精度优于20,定位精度优于4.2 m,满足调焦精度要求;焦面标定试验验证了调焦机构设计的有效性,满足了空间遥感相机的成像质量要求。     

碳纤维带状弹簧的特性计算及实验

针对空间展开机构轻量化、小型化、简单化等的发展需求,通过理论分析实例设计了碳纤维带状弹簧,并结合有限元模拟及实验对其屈曲特性进行了研究。首先,根据薄壳弯曲理论推导了各向异性材料下碳纤维带状弹簧的弯矩计算公式,并分析了影响其屈曲特性的敏感参数;然后,针对工程需要进行了单根碳纤维带状弹簧的实例设计,并建立了其有限元分析模型,得出了其弯矩-转角曲线;最后,加工出了碳纤维带状弹簧实物并对其屈曲过程进行了实验研究。结果表明:实验测得的该碳纤维带状弹簧的临界弯矩值为1 237.6Nmm,与理论分析及有限元模拟结果符合的较好,最大误差为8.7%,验证了理论分析及有限元模拟的准确性及一致性,为之后碳纤维带状弹簧的设计及应用提供了理论依据及技术支持。     

基于带状弹簧的空间望远镜自展开机构设计

为了充分减小空间望远镜发射的质量和体积，适应微小卫星的运载需求，针对某光学系统设计了一种基于带状弹簧的新型空间望远镜自展开机构。首先，根据理论分析确定了所用带状弹簧的几何尺寸，并针对某空间光学系统设计了一种基于带状弹簧的新型展开机构；其次，建立了该展开机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:该展开机构展开后的高度为500 mm，展开后的重复精度误差小于0.1 mm，偏心小于0.1 mm，且展开后的一阶自然频率为35.5 Hz，与有限元分析出的结果相符，其误差为5.3%，能够满足空间望远镜展开机构的结构简单、质量轻、稳定可靠、精度高等要求。     

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.