哈勃空间望远镜及其进展

简介哈勃空间望远镜性能，特点及其存在的问题和进展情况。     

空间大口径望远镜可展开镜片系统的概念设计

简要介绍下一代空间望远镜的可展开镜片系统的概念设计及其进展,以直径为2米的卡塞格林型望远镜为目标,对其主反射镜和次镜的可折叠、展开原理机构进行了初步分析,给出了利用点扩散函数来进行主镜剖分方式及其子镜形状选择的方法,从经典机构的角度,分别对主镜剖分后的子镜和次镜的展开、定位和锁紧等运动及其结构进行了分析和选择,给出了一种可展开空间望远镜的概念设计方案;最后,提出了需要进一步研究的关键问题。     

大口径望远镜光学系统的误差分配与分析

光学系统的公差是光学设备加工、装调和使用中的一项重要性能指标。如何在加工、装调和使用中找到影响系统性能的因素以保证达到预期的精度,是大口径望远镜光学系统设计中的重要部分。本文以1.2m望远镜光学系统为例,阐述了误差分配原则,首先根据设计确定总体误差标准,然后计算误差分配的项数,最后依据分配原则,结合实际加工和装调水平,给出了合理的误差分配结果。结果表明,在满足目前国内加工要求和装配的条件下,使分配后该望远镜光学系统误差(RMS波像差)小于λ/8.5,为大口径望远镜光学系统的误差分配提供了有力的依据。     

空间望远镜研究与“哈勃”介绍

简述空间望远镜特点与设计要求,并以“哈勃空间望远镜为例介绍设计方案。     

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。     

基于混合灵敏度的空间望远镜次镜调整机构鲁棒控制

次镜调整机构作为空间望远镜主动光学调整的核心组件,为实现在轨实时快速调整,其调整精度和动态性能均有比较严格的要求。机构常采用Stewart平台结构形式,基于逆运动学模型和关节空间PID控制相结合的方法,由于受到模型的非线性和不确定性、扰动及耦合的影响,难以取得较为满意的效果。为解决该问题,从机电动力学模型出发,将平台各支杆间耦合因素表征为外部干扰,建立了互相解耦的关节机电模型。依据模型辨识结果采用乘性不确定性描述模型摄动,依据模型误差界和性能指标要求设计混合灵敏度加权函数。针对虚轴极点问题,采用扩展H∞方法,将复杂动力学系统的控制器设计问题转化为堆叠S/T/KS混合灵敏度问题。在Matlab中求解得到鲁棒控制器,并在DSP中完成数字算法实现。仿真分析及试验结果表明,鲁棒控制器具有更好的鲁棒性、扰动抑制性能和动态特性,能够满足空间应用的可靠性需求。     

空间大口径光学望远镜可展开主镜动力学建模研究

采用混合坐标法建立了某空间光学望远镜可展开主镜的动力学模型。在建模过程中采用固定界面子结构模态综合法,用主镜中各分瓣子镜的弹性正则模态和静力校正模态组成的模态集来表示结构变形,仿真分析了镜片柔性对系统动力学特性的影响。仿真结果表明,实际工程应用中镜片柔性对系统的影响不可忽略。     

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.     

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。     

高时空分辨率动态星模拟器设计

针对大口径空间天文望远镜稳像精度测试的难题,提出了一种高时空分辨率运动导星模拟方案。利用硅基液晶作为运动导星模拟源,结合光束准直系统为空间天文望远镜提供无穷远运动导星,并且通过在光路中加入物镜来提高模拟导星的运动分辨率。针对望远镜像面结构的特殊分布,提出利用多路模拟的方法,分别为望远镜两侧精密导星仪以及巡天像面提供实时运动导星。最后,对影响运动导星模拟精度的各项误差进行分析,进而建立了误差模型。仿真结果表明:在运动导星模拟精度优于0.5″的概率为95%,时间分辨率为3 ms的前提下,动态星图星间角距误差小于0.04″,单星张角小于0.02″。通过实验验证了导星模拟模型的正确性,该模型基本满足空间天文望远镜稳像精度测试所需运动导星目标高时空分辨率的要求。     

基于太赫兹波的高分辨率空间电荷测试方法及系统

空间电荷的特性及分布状态直接改变介质内部电场的强弱,严重影响器件的电学性能。近年来,纳米材料和微纳电子器件飞速发展,在纳米量级乃至更小尺度上探测和掌握空间电荷的特征信息成为亟待解决的问题。为此基于脉冲电声法基本原理,设计并实现了一种基于太赫兹波和弹光取样技术的空间电荷分布测试新方法。基于应力双折射效应原理,设计制作了弹光取样传感器,并测试了性能。搭建了空间电荷测试系统,对定制硅PN结试样进行了测试,空间电荷区宽度随偏置电压的变化规律与PN结基本电学特性吻合。该方法采用全光学技术手段,克服了传统电子测试技术对系统带宽的限制,实验结果表明,该测试方法可以有效且可靠地将空间电荷测试分辨率提升至纳米量级。     

基于C8051F060芯片的高精度温度测量系统的设计

基于C8051F060芯片固有的硬件特点．设计一种高精度温度检测系统。由于模拟信号的检测是整个系统的重点与难点．文中给出了具体的模拟信号检测电路，对其检测原理进行了详细的阐述。同时对A／D转换中的误差修正以及铂电阻的线性校准进行了说明。     

空间差分干涉的光纤分布式水下声波测量

为了实现大范围的水下微弱声波探测,提出了一种基于后向瑞利散射空间差分干涉的光纤分布式声波检测(DAS)技术。声波振动引起单模传感光纤中后向瑞利散射光的变化,将含有声波信息的后向瑞利散射光注入到非平衡迈克尔逊干涉仪,调节干涉仪的臂长差实现不同长度的相邻空间段的后向瑞利散射光干涉,然后采用3×3耦合器解调技术解调出相位信息,实现声波信号的测量。实验搭建了一套基于DAS技术的水下声波测量系统,该系统不仅能够实时准确定位两个声波位置,还能还原声波的幅值、频率、相位等信息,并且实现了1kHz情况下的-148.8dB(re rad/μPa)水下声压相位灵敏度,100~1 500Hz频率的频响平坦度在1.2dB之内。实验结果证实DAS技术能够实时快速地实现多个声波信息的定量测量。     

高分辨力光学微扫描显微热成像系统设计与实现

为提高已研制的基于非制冷焦平面探测器的显微热成像系统的空间分辨力,研究提出了一种基于光学平板旋转微扫描器的高分辨力显微热成像系统.分析了光学平板旋转微扫描的工作原理,给出了微扫描器相关的参数设计、加工容差,并与现有的非制冷显微热成像系统实现了一体化设计与加工,确定了光学微扫描显微热成像系统的技术指标.利用该系统实际采集的显微热图像与过采样处理结果表明系统整体设计的有效性,系统空间分辨力得到提高,可应用于高分辨力显微热分析.＃     

大型空间红外相机多反光学系统桁架杆框架的设计

针对大型空间红外相机对复杂支撑功能且重量小、刚度高框架的需求,本文设计了一个全部由桁架杆互相支撑形成的框架,并通过结构分析、工艺试验和力学试验验证了框架的可行性和可靠性。该框架由58根碳纤维支撑杆和21个接头组合形成相机的主支撑结构,可支撑多个周向分布的光学组件,且满足框架总质量不超过55kg的要求。介绍了框架的装调和胶接方法和步骤,进行了有限元分析和力学试验,验证了三角形封闭的桁架杆结构在黏接强度降低的情况下,仍能够在相机受力状态下具有足够的安全裕度。力学试验得到框架的一阶谐振频率为90.4 Hz,满足一阶谐振频率不低于60Hz的要求,与有限元分析结果相符。     

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。     

飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星光轴的影响

为了研究高分辨率光学卫星星上飞轮的微振动对卫星成像质量的影响,分别建立了飞轮扰动模型和整星结构动力学模型。首先,对飞轮组件系统进行了地面扰动测试,对实测扰动数据的分析表明,飞轮组件在与转速相关的一阶频率50Hz处产生一次谐波,在190Hz与280Hz左右存在与转速无关的一系列峰值。然后,对整星进行了单位正弦激励,获得了光轴角位移响应,并对其与飞轮实测扰动数据进行了集成分析。分析结果表明:整星在50~80 Hz和230~280Hz的角位移响应有较多的谐振响应频率成分,沿光轴方向和垂直光轴方向整星光轴的角位移最大谐振响应幅值分别为2.718″、2.739″,在245Hz左右存在较多幅值为0.5″量级的谐波。分析显示飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星成像质量影响较大,得到的结果可为整星系统的优化设计和隔振补偿措施提供参考依据。     

卫星电源数据采集控制系统研究

卫星电源分系统是为卫星各个分系统的设备提供安全可靠的能源供给,研制过程中和交付使用前需要对其性能进行测试.设计了卫星电源数据采集控制系统,该系统能够实现电源系统工程参数的采集、实时监控和显示、对电源系统发送遥控指令、工程参数的报警、数据打印、历史数的显示和数据维护等功能.