空间太阳望远镜中铍摆镜的有限元分析与应用

根据空间镜面材料选择原则进行了摆镜材料优选,研制了用于空间太阳望远镜相关跟踪器中的铍摆镜,建立了铍摆镜有限元模型并进行了力学分析。重点分析了铍摆镜在承受惯性载荷和温度载荷情况下的力学性能,对其在不同工况条件下的面形和内部应力的变化做了对比。最后,与同结构碳化硅材料摆镜在上述载荷情况下的力学性能进行类比分析,结果表明:铍摆镜受到惯性和温度载荷作用时引起镜体内部应力小于材料本身的屈服强度,力学性能优于碳化硅摆镜,其面形精度:RMS为2.18×10^-6 mm,PV为1.69×10^-5 mm,一阶谐振频率为1 609 Hz。该摆镜结构设计合理,计算结果满足相关跟踪器使用要求,已经得到铍摆镜镜坯。     

空间摆镜轻量化的有限元研究

选择SiC基复合材料作为空间摆镜镜体材料，对摆镜的多种轻量化方案，包括不同的筋肋宽度、镜面厚度和斜切角度分别建立了有限元模型，并对其在自重情况下的刚度进行了分析计算，得到了位移场分布和变化；最终确定了满足光学和力学加工工艺前提下的质量最轻的最优化方案。     

空间太阳望远镜成像镜调焦机构模型设计与控制

根据空间太阳望远镜光学系统的要求,设计成像镜的调焦机构,由步进电机驱动丝杠带动内筒进行直线运动,从直线精度和定位精度两方面进行控制设计.同时设计了调焦机构的控制系统,包括操作系统、指令转换系统和驱动系统.由操作系统的PC电脑根据工作要求发出操作指令,经过指令转换系统,最后由驱动系统的步进电机完成指令的执行,同时经串口通信程序进行误差修正,从而保证了调焦机构的精确定位.     

空间太阳望远镜成像镜调焦机构模型设计与控制

根据空间太阳望远镜光学系统的要求,设计成像镜的调焦机构,由步进电机驱动丝杠带动内筒进行直线运动,从直线精度和定位精度两方面进行控制设计。同时设计了调焦机构的控制系统,包括操作系统、指令转换系统和驱动系统。由操作系统的PC电脑根据工作要求发出操作指令,经过指令转换系统,最后由驱动系统的步进电机完成指令的执行,同时经串口通信程序进行误差修正,从而保证了调焦机构的精确定位。     

望远镜主副镜实时自校正系统

研制了一种基于并联机器人原理、具有精密自校正功能的桁架镜筒。它采用独特的光电检测系统，检测出相距2m的副镜(动平台)相对于主镜(定平台)沿X、Y轴方向的平移和转角误差，然后采用步进电机驱动六杆伸缩，使其定位精度保持在平移误差0．01mm、转角误差1″的水平上，从而克服了重力和温度对它的影响。     

空间太阳望远镜镜筒桁架的优化

空间望远镜的镜筒桁架结构优化以构件总质量等于常数为约束条件,以横向摆振频率最高为优化目标。优化分两步进行:首先以瑞雷方法和简化模型为基础,在较大范围内对可能的模型进行筛选,得出桁架分层数和每层斜杆数的最优解;然后用ANSYS软件对桁架杆、梁截面参数进行优化,得到比较满意的结果。此方法也适用对其他类似的筒状桁架的优化。     

我国自主研制的空间太阳望远镜将于2008年升空

据新华网报道，从中国科学院国家天文台获悉：我国已自主研制成功首台空间太阳望远镜，将计划于2008年射入太空。这台中国造“哈勃”望远镜近日通过了权威部门的验收。     

极紫外太阳望远镜分辨率的检测

极紫外太阳望远镜(EUT)作为高分辨率空间成像仪器,其检测水平的高低直接影响EUT成像质量.在完成EUT的装调工作之后,对其成像质量进行了检测.具体方法是将分辨率板置于平行光管的焦点处,由可见光照明该分辨率板,透射光经平行光管后成为平行光束并充满待测EUT入瞳,再经EUT成像在CCD相机上,根据所得图像来判断待测望远镜分辨率.实验结果表明,EUT在可见光波段(λ=570nm)的分辨率为1.22",接近此波段的衍射极限(1.20").根据可见光检测结果估算出EUT工作波段的分辨率可以达到0.32",能够满足设计要求.     

空间光学仪器镜体的一种轻量化设计方案

本文对一圆形镜坯采用六角形去除孔的轻松量化结构设计方案，按减重和镜体在自重作用下对镜面变形量的精度要求把设计计算变形量控制在不超过精度要求的１／４，加工后获得满意的轻量化镜体。实测精度和减轻量均与计算结果相吻合。     

大型空间望远镜次镜调整机构精度分析与测试

为满足大口径离轴三反空间望远镜在轨成像质量需求,设计了一种基于6-PSS并联机构的次镜调整机构,并针对其精度进行了分析与实测。首先,分析了次镜调整机构的组成和光学系统对它的精度需求。随后,以逆运动学分析为基础建立了次镜调整机构的误差模型,并对结构参数、动平台位置、动平台姿态对整机精度的影响进行了理论分析,根据分析结果结合实际空间包络及重量等约束确定结构参数,并采用Monte Carlo模型分析了该结构参数下的次镜调整机构的随机误差和系统误差。最后,搭建了精度测试系统,对次镜六维调整机构的主要技术指标进行了实测。测试结果显示,次镜六维调整机构的位移分辨率优于0.1μm,角度分辨率优于0.5″,双向重复定位精度达到亚微米/亚角秒量级(±0.4μm/±0.3″),其绝对定位精度可以达到微米/角秒量级,满足大型空间望远镜在轨成像要求。     

空间反射镜轻量化技术的研究进展

为了提高空间光学系统的分辨能力,大幅度降低昂贵的发射成本,空间反射镜的轻量化技术被不断深入研究。分析了空间反射镜轻量化的技术途径：选用适当的材料;反射镜轻量化外形、拓扑结构和支撑形式的设计;集成分析与优化。总结了空间反射镜轻量化技术的未来趋势是光、机、热、电、控和材料的一体化分析与全面的多学科多目标优化。     

环境对大口径SiC轻量化主镜视宁度的影响

由于地基大口径望远镜主镜视宁度与望远镜系统成像质量相关,本文研究了环境对主镜视宁度的影响。理论分析了影响主镜视宁度大小的因素,得出主镜视宁度会随主镜表面和环境之间温差的增大而增大的结论。利用有限元法分析了自然对流和吹风条件下主镜的温度变化和温度分布;最后通过相应工况条件下2mSiC轻量化主镜的温度测试实验对仿真分析结果进行了验证。实验结果显示:在初始温差为6℃的无风自然对流情况下,主镜与环境达到温度平衡约需4h;而在初始温差为8℃的吹风情况下,主镜与环境达到热平衡仅需1.5h。分析和实验结果表明:采用强迫对流热控措施可快速而有效地将主镜视宁度控制在合理的范围内,可获得更多的望远镜观测时间,同时保证大口径望远镜系统的成像质量。     

大口径轻质反射镜坯的制造

给出了制造大口径轻质反射镜坯的机械法减重技术及所制造的反射镜坯.在镜坯制造过程中通过计算机辅助设计搜索轻量化加工区域的形状、大小、深度,并对其进行分类标识;编辑TPH(toolpath)轨迹数据文件,编写CNC(comput ernumbercontrol)数控系统的零件加工程序,由数控系统在图形方式下控制实际加工.同时采用化学方法消除加工过程中产生的应力与微小裂纹.加工出的大口径轻质反射镜坯达到设计要求,轻量化率达到65%以上,加工后的非球面面形精度达到0.029λ(rms,λ=633nm).制造过程中在不同支撑状态下,变形量很小,保持了非球面面形精度稳定性,显示出了结构的稳定性.该方法已经成为大口径反射镜制造的关键支撑技术.     

大口径SiC轻量化主镜热变形的定标

为了准确地预算出大口径SiC轻量化主镜镜面的温度变形,研究了不同热模式下SiC轻量化主镜镜面面形的定标和计算方法.将SiC轻量化主镜上的温度传感器在轴向厚度方向上进行分层处理,对每层上的温度分布采用准Zernike多项式进行拟合.以4 m SiC轻量化主镜为例,采用有限元法分别对准Zernike前9项温度模式(18种温度场)下的镜面变形进行定标计算,得出各种单位载荷作用下轻量化主镜镜面的最大变形以及面形误差PV值和RMS值.计算结果表明:准Zernike第一项模式、单位载荷作用下镜面变形最大,其面形误差RMS为278.3 nm.采用最小二乘法对各种温差场下的镜面误差进行准Zernike多项式拟合,获得了准Zernike像差项的系数.采用最小二乘法拟合计算出镜面变形误差产生的准Zernike像差项的系数,结果表明,18种温度场下产生的像差形式主要有:平移、倾斜、离焦、彗差和像散.     

硅镜轻量化结构优化与实现

为了保证在高的面形精度的前提下尽可能地降低硅镜的质量,通过对多种轻量化结构的分析与对比,确定了具体轻量化结构形式并对其进行了优化设计。通过计算机仿真分析证明了该优化设计方案的可行性,并采用超声加工方法实现了硅镜轻量化加工。试验结果表明：轻量化加工的硅镜镜体质量明显降低;虽然镜面精度有所降低,但仍能满足光学系统的设计要求。     

大口径轻量化主镜边缘侧向支撑的优化设计

对大口径主镜的侧向支撑结构进行了优化,以便最大限度地降低重力作用下的镜面变形。首先,从理论上给出了一种优化主镜边缘侧支撑结构的判据和思路,然后,引入边缘切向剪切侧支撑原理,阐述了这种支撑形式的优化思想和优势。以口径为2060mm的扇形轻量化主镜作为分析实例,采用16个边缘离散支撑点,优化设计等角间距侧向支撑,并针对轻量化主镜的结构特点和等角间距支撑下支撑力值相差较大的缺点,将等角间距改为不等角间距侧向支撑,分析推导了相应的支撑力公式。结果显示,改进后的支撑形式提高了系统的支撑刚度,镜面变形由原来的1.723nm降为1.633nm。所研究的边缘切向剪切支撑方式很大程度上保证了主镜镜面面形,对不同口径的扇形孔轻量化主镜的设计有普适性。     

1.2m SiC主镜轻量化设计与分析

为了探索研究大口径轻量化SiC主镜的可行性,对比分析了各种主镜轻量化形式的优缺点,确定了主镜的支撑方式;然后,从理论上计算了轻量化镜体结构参数,设计了采用夹心三明治结构扇形轻量化孔形式的1.23 m SiC轻量化主镜.利用有限元方法分析了轻量化主镜在浮动支撑下的自重变形,两种工况下的面形分别为:PV=9.43 nm,RMS=2.5 nm;PV=16.7 nm,RMS=3.2 nm.分析结果表明,镜体的自重变形影响较小,可以满足要求.而由于SiC的热膨胀系数较大,热变形影响较大,在稳态温度场下,温度每相差1 ℃,镜面面形变化约为PV=40 nm,RMS=4.8 nm,说明为了达到了设计要求,必须对镜体采取热控措施.     

空间可展开望远镜结构动力优化设计

介绍了某口径为4m的空间可展开望远镜的结构形式,建立了其有限元参数化模型。以系统结构总质量最小为目标函数,以部分待定的结构尺寸为设计变量,以可展开望远镜在收拢和展开两种状态下的动力性能要求为约束函数,建立了空间可展开望远镜的动力优化数学模型。利用遗传算法对该模型进行了优化计算,取得了比较满意的结果,为可展开望远镜的结构设计提供了一组较好的理论参考值。