大型轻量化空间光学系统用反射镜制造技术的研究进展

由于下一代空间望远镜(NGST)和其他NASA项目需要大口径的空间光学仪器,美国马歇尔空间光学飞行中心的空间光学制造技术中心目前正致力于空间系统用轻量化光学元件的研制。本文评述了发展中的NGST技术,讨论了NGST主反射镜各部分的环境试验情况。     

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。     

空间望远镜光学系统中的轻型反射镜

本文概述了空间望远镜中的被动式轻型反射镜制造技术，它标志了空间望远镜制造技术的最新进展。反射镜采用非传统材料一碳化硅，使大于3米直径的反射镜达到衍射极限的质量成为可能。     

为空间望远镜研制轻型反射镜

美国圣迭戈复合光学元件公司已为欧洲空间局的远红外和亚毫米波空间望远镜制成一个2 m的原型反射镜.该镜由碳纤维的加强复合聚合物制成,重77磅. 该镜系与航空航天避喷气推进实验室合作研制.望远镜有一3.5 m反射镜,在运转温度为80 K时,表面精度为几微米均方根.基底的面积密度小于20 kg/cm2.此空间望远镜将用以研究星球和星系的发展. (以上由罗山供稿)     

下一代空间望远镜控制系统问题

本文作者根据哈勃空间望远镜(HST)、先进X射线天文物理装置(AXAF)和空间红外望远镜装置积累的经验论述了下一代空间望远镜控制系统的要求。在设计哈勃望远镜阶段,制导的控制方面已经有很大的进展,如采用了光纤陀螺,CCD星跟踪器以及非线性控制算法等。控制系统的设计方案由空间     

以激光修正大型轨道运行望远镜镜面

美帝国家航空与宇宙航行局已开始求助于激光技术,以保证大型轨道运行望远镜系统的可能性与未来的精度。船载激光扫描器将用来探测望远镜反射镜面几何形状的误差,并驱动伺服系统,以修改反射镜的形状。     

空间天文仪器中的铍镜结构优化设计分析

为了满足空间太阳望远镜的技术要求,进行了铍摆镜研制,掌握了高精度铍镜研制技术路线。光学检测面形精度RMS为0.012λ,满足技术要求。对铍摆镜结构进行优化设计改进。介绍了铍摆镜结构优化方法,用ANSYS中的APDL语言编译了摆镜结构优化程序,进行了铍摆镜结构优化。并利用Matlab软件编写了改进遗传算法组合优化程序,再次完成了铍镜结构优化,并进行了横向对比分析。结果表明:两结果都满足技术要求。以扇形孔铍摆镜为例,改进的遗传算法组合方法的优化结果(RMS,1.470E-6mm)比ANSYS零阶优化方法的优化结果(RMS,2.099E-6mm)降低了29.96%,优于铍镜检测结果,说明改进后的摆镜结构方案可行。铍镜的成功研制,为我国空间天文仪器大口径铍镜研究和应用奠定了基础。组合优化方法结合了改进遗传算法和ANSYS软件的优势,具有适应性高、优化能力强等特点,具有较好的鲁棒性,对类似工程结构或天文仪器结构优化具有一定的借鉴意义。     

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.     

美国的EO-1高级对地观测遥感器

高级对地观测遥感器(ALI,TheAdvancedLandImager)是美国宇航局(NASA)新千年计划(NMP,NewMillenniumProgram)中对地观测EO-1(EarthObservation)任务的有效载荷。EO-1任务的目的是通过空间飞行来验证与下一代卫星相关的高级技术,所搭载的对地观测遥感器光学系统采用三反式设计,垂直于轨道横向方向的视场角达15°,反射镜材料为碳化硅(SiC)。遥感器的波长范围是从可见光到短红外的10个光谱波段,采用了多光谱探测器和多光谱滤光阵列的融合技术。     

检查反射镜在空间的衰退情况

正根据520,000美元的合同进行制造、并准备置于先进技术卫星C上付诸飞行的一种仪器,将估计光学反射镜表面在空间的衰退情况。目前正由美帝电-光系统公司设计重13.5磅的反射计,将装入该卫星的一侧。反射计包含18个反射镜面和两个标定面。每一样品的衰退将由光学和电子学分系统测量。对获得的数据将进行分析,其结果将为在太阳聚光器、宇宙望远镜、光通讯、热控表面和光学仪器(包括激光器)等方面选用材料提供有价值的参考数据。试验的反射镜将使用戈达德宇宙飞行中心计划中准备使用的主要材料。     

空间反射镜结构轻量化设计

随着空间光学遥感器分辨率的提高,反射式光学遥感器主镜口径不断增大,反射镜受微重力和温度的影响更加突出,对反射镜的结构进行轻量化设计已经成为空间大口径反射镜工程的关键技术。从反射镜结构轻量化的角度出发,对国内外空间光学遥感器反射镜的镜体结构和轻量化孔技术进行了系统的总结和评述,分析了轻型空间反射镜技术的现状和发展趋势,为反射镜的镜体轻量化设计提供了一定的参考依据和新思路。     

天基大口径反射镜支撑技术的发展

为了满足人类对地观测和宇宙探索的更高性能要求,空间望远镜反射镜口径已经从米级向十米量级迈进,呈现不断增大的趋势。大口径反射镜支撑与反射镜面形精度和稳定性直接相关,是决定空间望远镜实际观测能力乃至任务成败的关键技术之一。首先对大口径反射镜的三种主要支撑形式进行了介绍并做出适用性比较。在此基础上,从影响反射镜支撑设计的各个因素出发,讨论了反射镜支撑的设计原则。然后结合设计原则的讨论和国内外研究进展对支撑点数量和位置优化、无热化设计、无应力装配设计等大口径反射镜支撑关键技术及发展方向进行了探讨,期望对我国大型空间望远镜的研制提供借鉴,在新一轮空间探索热潮中实现跨越发展。     

大口径SiC反射镜的焊接加工和测试

SiC是目前空间用大口径反射镜的首选材料,随着空间光学系统的发展,出现了1m以上空间用SiC反射镜的需求.对该反射镜采用焊接拼接然后再进行加工可以节约成本,降低风险.作为演示实验件,首先,对直径为600mm的焊接SiC反射镜进行了焊接拼接,粗磨成型、精细研磨和粗抛光.然后,采用CCOS技术对反射镜进行了精抛光,并分析了...     

空间红外望远镜无热化支撑结构形式综述

空间红外望远镜的成像质量依赖着低温深冷的环境。在这种环境下,对反射镜的结构及其支撑结构都提出了严格的要求。介绍了当前国内外望远镜的被动支撑结构(如bipod、hexapod和whiffle tree结构),然后对国内外望远镜的主动支撑结构形式和促动器的原理进行了分析说明。通过对国内外望远镜主、被动支撑结构的分析,对二者进行了对比,并指出了它们的优缺点以及各自适用的领域。提出了两种实现无热化支撑结构的方法：对于拼接式望远镜,采用whiffle tree结构和促动器的组合支撑形式;对于单块式望远镜,采用whiffle tree结构和A frame结构并搭配促动器的支撑形式。     

《光机电信息》1999年全年总目录

·特集·面向21世纪的光电子技术 (期,页) 现代物理光学研究的热点问题………(1,1) 21世t纪将从光力技术拉开帷幕………(1,3) 新光能束的开发和展望………………(1,6) 信息时代的领买技术一纳米和微米技术:在光 学器件制造上的应用…………………(1,9) 微芯片激光器…………………………(1,15) F一代空间望远镜(NGST)一将采用单片式 反射镜…………………………………(1.18)·特集·短波段空间望远镜技术 多光谱太阳望远镜阵列(MSSTA)……(2,1) MSSTA用成像胶片在EUV_/FUV的响应特 性………………………………………(2,7) 太阳x射…     

90年代多层膜软X射线反射镜的发展状况与未来动向

1　引言　　多层膜软 X射线反射镜简单地说是从E.Spiller开始 ,由 T.W.Barbee,Jr,A.V.Vinogradov,J.H.Underwood等人建立的基础 ,后来又有众多研究人员加入到此多层膜软 X射线反射镜的研究和应用研究中 ,不仅实现了反射镜的高品质化 ,而且还将其应用于分光、聚光、X射线望远镜、X射线显微镜、X射线激光器、激光核聚变等离子体观察、X射线缩小曝光 (极紫外光刻 )等 ,还开发了用于 X射线光束分离器、多层膜衍射光栅、超级反射镜、软 X射线偏光子等的元件 ,并取得了一定成果 ,到了 2 0世纪 90年代 ,多层膜软 X射线反射镜的品质 ,尤其…     

高体份SiC/Al反射镜在空间光学应用可行性的分析

简述了空间遥感器设计中反射镜材料选择的重要性及影响。对SiC和SiC/Al复合材料与常用光学材料的空间应用综合品质因子进行了比较,SiC材料的综合品质因子为8072.92,高体分SiC/Al复合材料的综合品质因子为1 687.50。并对高体分SiC/Al复合材料应用在反射镜上的光学性能进行了检测。检测结果得出材料的表面粗糙度能够达到1.49 nm,小于5 nm;反射率达到95%以上,能够满足反射镜的性能要求。对采用高体分SiC/Al复合材料作为反射镜和背板材料的相机结构进行分析。分析结果得出整体结构前三阶模态为115 Hz,120 Hz,203 Hz,满足空间遥感器大于100 Hz的技术要求,各反射镜的面形精度满足RMS≤1/50λ(λ=632.8 nm)的技术要求。各项测试数据和有限元分析结果表明,高体份SiC/Al复合材料作为反射镜在空间光学中应用是可行的。     

超大口径平面反射镜的光学检测（特邀）

在简要总结了各种检测大口径反射镜难点的基础上,为了实现30 m望远镜（TMT）超大口径第三反射镜的高精度检测,提出了一种融合五棱镜扫描技术和子孔径拼接测试技术的新方法。大口径反射镜分阶段依次进行了五棱镜扫描测试和子孔径拼接检测,对该技术的基本原理和基础理论进行了分析和研究,制定了检测30 m望远镜第三反射镜（口径为3.5 m×2.5 m）的方案,对其测试流程、五棱镜设计、五棱镜扫描像差拟合、拼接最优化算法等进行了详细分析,并对30 m望远镜第三反射镜的原理镜进行了实验验证,其最终拼接检测面形的均方根值（RMS）和斜率均方根值（slopeRMS）分别为28.676 nm和0.97 μrad。     

空间相机主反射镜结构拓扑优化设计

随着空间光学的发展.遥感器的口径越来越大,分辨率越来越高,这就导致遥感器的主反射镜口径和质量越来越大.主反射镜的设计是否合理,将直接影响遥感器的质量和成像质量.因此采用拓扑优化方法与有限元计算方法相结合,以NASTRAN为有限元解算器,以PATRAN为前处理器,在空间光学遥感器主反射镜外形、栽荷、环境工况确定的情况下,对其结构进行拓扑优化,得到最优结构形式.通过对优化前后结构进行有限元分析,结果表明:优化后的反射镜镜面面形比传统的镜面面形减小或相当,质量减轻32%,动力学性能改善.优化后的主反射镜结构能够满足加工、工艺和装配的技术要求.这种优化与有限元分析技术的结合将为以后的光学反射镜的设计提供有效的帮助.     

小型反射镜中心支撑技术

所述空间遥感器反射镜的工作温度为18±15℃,要求反射镜在此复杂工况条件下满足设计要求.介绍了反射镜材料和支撑结构材料的选择;对反射镜的支撑方式、轻量化等方面进行了分析讨论;根据反射镜柔性支撑结构的设计原理,采用CAD/CAE工程软件进行了分析及优化,通过有限元法优化设计了一种反射镜中心支撑的柔性结构,在此温度变化范围内,反射镜面形误差变化量PV值小于λ/10、RMS值小于λ/40(A=632.8nm).最后,通过力学环境实验测试反射镜面形变化量和反射镜组件模拟件的动态特性,证明该结构满足设计要求.