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。     

一种空间可展开天线天基光学监视系统

为了大型可展开天线可靠、精准地在轨展开,研究了一种天基光学监视系统。通过该系统不但可以实时监测天线展开情况,还可以进行天线展开的动力学分析,为大型可展开柔性机构设计、异常发现与分析等提供必要信息。在分析系统任务特点的基础上,介绍了监视系统方案,包括相机方案、视频传输方案、图像处理及射频调制方案,并对运动目标图像检测识别技术以及展开动力学分析技术等系统关键技术进行研究,进行了运动目标图像识别试验和天线展开动力学分析试验。试验结果证明系统对天线靶标的运动识别以及靶标动力学分析有很好的效果,证明了该系统可以有效地完成大型可展开天线的监测任务。     

地基大口径望远镜主镜主动支撑系统综述

主动支撑技术作为地基大口径望远镜建造的核心技术,直接影响望远镜的观测能力,一直以来备受关注。文章系统性地总结了地基大口径望远镜主镜的定位系统和支撑系统。定位系统包括三点硬点定位、六杆硬点定位;支撑系统包括采用不同促动器结构的轴向支撑系统及采用“竖直推-拉”、“斜向推-拉”和“推-拉-剪”形式的径向支撑系统。文章还结合了国外采用主动支撑结构的大口径望远镜,对其主动支撑技术进行了详细介绍和总结分析,希望为大口径望远镜主镜主动支撑设计提供一定的经验参考。     

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。     

大口径望远镜主镜中心定位机构研究

通过对大口径光电望远镜中主镜中心定位机构的研究分析,设计了一种胀紧圈球头形式的中心定位机构,指出了其优缺点和在望远镜中适合应用的口径大小以及工况要求.定位机构在望远镜主镜支撑结构中,实现了主镜在垂直于光轴方向的平面内的有效定位,并且与主镜底支撑和侧支撑联合作用,承担部分主镜的载荷,保证了主镜的面形精度.同时,定位机构还...     

大口径望远镜主镜支撑结构研究

主镜是望远镜系统的重要组成部分之一.随着其口径的不断增大,望远镜的重量也随之加大,自重、热变形等问题将对主镜镜面的面形精度产生一定的影响.因此,在保证系统精度的同时,要尽可能的减少结构重量,所以在设计阶段就要根据光学系统的技术要求及影响因素对主反射镜的支撑方案进行综合考虑和全面分析,使其结构设计更为合理.根据大口径望远镜系统主镜结构设计的要求,利用结构分析软件,建立结构分析模型,来确定主镜支撑方案.详细分析了大口径望远镜主镜支撑的各方面技术.     

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。     

大口径望远镜主镜保护盖设计

针对某米级光学望远镜设计了四门对开花瓣式主镜保护盖。简要介绍了国内外已建成大口径望远镜主镜保护盖的主要结构形式,利用铰链四杆机构的演化偏置曲柄滑块机构为基体进行优化设计,得出一种不需曲柄存在的四杆机构,建立运动学模型,对其受力状态进行分析,计算了电机所需的驱动力矩、滑块的移动位移及镜盖开关时间。实际工程应用表明,该保护盖对主镜能够有效防尘及保护,单次打开或关闭时间约为62.5 s,在长春地区无故障使用时间大于一年,免维护开关次数大于500次。满足系统设计要求,为后续研究者提供了设计参考。     

基于虚拟样机技术的柔性可展开主镜动力学分析

基于多体动力学分析软件ADAMS，建立了空间望远镜可展开主镜的虚拟样机模型。介绍了ADAMS中柔性体的基本理论及产生柔性体的几种方法，采用在ADAMS中引入ANSYS模态中性文件的方法，将主镜的各分瓣子镜考虑为柔性部件，进而通过动力学仿真，初步探讨了分瓣子镜的柔性对系统动力学特性的影响。     

可展开网状反射器天线结构发展概况

介绍了可展开网状反射器天线（网状天线，下同）结构的发展概况，并分析了其今后的发展方向。     

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.     

空间太阳望远镜主光学望远镜内遮光罩热效应

空间太阳望远镜（Space Solar Telescope,SST）主光学望远镜（Main Optical Telescope,MOT）口径达1 m,以2.81.5有效视场对日成像,将获得0.1～0.15的图像。SST MOT对日观测时所接收到的热量超过千瓦,成为影响望远镜成像质量的主要热源和杂散光源。为此,文中首先探讨了大口径太阳望远镜热设计与消杂光设计的特殊关联。然后,针对主镜筒内消杂散光的内遮光罩结构提出了热兼容设计,确定了内遮光罩结构热-杂散光效应集成设计的目标与评价体系。借助热分析软件获取SST MOT因内遮光罩结构参数变化引起的系统温度的变化趋势,从热控角度对内遮光罩结构的设计提出了建议:内遮光罩结构的垂直高度不宜超过400 mm。探索的内遮光罩结构热-杂散光效应集成分析方法也可为其他太阳望远镜的综合优化提供参考。     

空间太阳望远镜主光学望远镜叶片结构热效应

空间太阳望远镜（Space Solar Telescope,SST）主光学望远镜（Main Optical Telescope,MOT）口径达1 m,以2.8'1.5'视场对太阳成像,将获得0.1～0.15的高空间分辨率和高信噪比图像。SST MOT对日局部视场观测时系统所接收到的超千瓦热量,成为对望远镜成像产生极强影响的热源和杂散光源。基于SST MOT的特殊工况与需求,提出了MOT主镜筒在消杂光设计过程中需要兼容考虑叶片结构的热效应,讨论了同时影响该结构的几何结构特征函数（Geometry Composing Function,GCF）与辐射角系数的关联因素,确定了叶片结构热控与消杂光兼容设计的目标与评价体系。借助热分析软件计算了SST MOT主镜筒内因叶片结构不同几何参数变化后引起的系统温度的变化趋势,从热控角度对叶片结构的几何设计提出了建议:叶片优先采用垂直型结构、有效高度尽可能小,且叶片与主镜轴向间距应大于425 mm。文中探索的叶片结构热效应与杂散光效应兼容分析的方法也可为其他太阳光学望远镜的综合优化设计提供参考。     

Replacing a technology: The large space telescope and CCDs

The Hubble Space Telescope is due to be launched in 1986. It is certainly the chief space astronomy initiative of the 1980s, perhaps of the late twentieth century. It is to carry six scientific instruments, and in this paper we investigate the debate on the choice of detectors for what was seen as the chief instrument during the project definition phase, the so-called wide-field camera. In the end CCDs were selected, despite the fact that this decision had to be made a mere seven years after the concept on which they are based was published. We argue that this rapid development of CCDs as astronomical detectors was due to a strong mix of "market pull" and "invention push" together with the very active interest of one group within the astronomical community, planetary scientists.     

地平式大口径地基望远镜主光学系统装调技术

望远镜的装调过程对整个望远镜系统的精度具有至关重要的作用。本文扼要地叙述了地平式大口径地基望远镜系统的装调过程,描述了在整个视场要获得较好像质的工程方法,找出装调的一般规律,其方法主要适用于卡式和R-C式望远镜。装调过程主要包含针对系统的粗调和针对光学系统像差的精调。     

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。     

分块式空间望远镜的光机热集成分析

高分辨率空间望远镜目前通常采用分块可展开主镜.对主镜进行有限元热分析获得的镜面变形数据无法直接输入光学设计软件进行像质评价,需要进行数据转换.传统的以拟合圆域正交Zemike多项式作为光机热集成分析的数据转换接口的方法不适于分析非圆孔径的分块镜.提出了采用二维插值算法进行数据转换,该方法不受光瞳形状和镜面空间频率的限制.用Matlab编制了光机热接口分析软件,分析了不同温度变化对空间望远镜分块镜成像质量的影响.仿真结果表明:热浸泡和径向热梯度对像质影响较小,而轴向热梯度对像质影响较大.     

某空间望远镜光机热集成分析

光机热集成分析技术是光学分析和结构分析相结合的一种有效手段。根据空间望远镜所处的环境,用有限元法在Ansys软件中进行热应力分析,通过接口工具Zernike多项式实现各个软件的数据交互。在VC++平台下编写了基于Gram-Schmidt正交化法的接口程序,将拟合后的多项式导入到Zemax中进行了分析。实现了光机集成分析的完整过程。实践证明,这一方法正确可靠,简化了光机热集成分析的过程,为光学系统和光机结构热匹配设计提供了重要设计依据。