碳化硅反射镜柔带磨削方案设计与验证

碳化硅材料比刚度高、导热性好、热稳定性好,是一种优良的反射镜材料,在空间光学遥感器是有着广泛的使用。同时,它具有硬度高、脆性大的特点,给反射镜加工带来困难,且加工周期长。本文比较了碳化硅材料不同加工技术的优缺点,选择了机器人柔性砂带磨削技术作为研究对象。针对某1550mm直径碳化硅反射镜坯加强筋的去除要求,设计了一套新型机器人柔带磨削系统,利用有限元方法对加工中的镜体应力进行了分析,并完成了某镜坯加强筋的去除,残余筋高度0.5mm～1mm。反射镜镜坯在完成镜面精磨、镀膜等处理后,利用干涉仪测试面形RMS 为0.0157λ（λ=632.8 nm）,满足使用需求。遥感器于2020年发射,反射镜在轨运行表现良好。     

溶胶-水热法合成PZT纳米粉体及性能研究

结合溶胶-凝胶和水热法的优点,采用改进的溶胶-水热复合法在较低温下制备出纯相PZT纳米粉体,并对粉体的烧结性能进行了研究,分别讨论了烧结温度、保温时间等工艺参数对烧结陶瓷密度、微观结构和压电性能的影响.270℃保温热处理2h可合成出粒径约为20~30nm,具有良好分散性的钙钛矿型PZT纳米粉体,且具有良好的烧结活性.在1150℃烧结保温2h,压电性能达到最优(机电耦合系数: 0.50,机械品质因数: 410,压电常数: 220pC/N,介电常数: 1060).结果表明,溶胶水热复合法具有合成温度低、组分易于控制、粉体烧结活性高的优点.      

空间材料专业委员会学术研讨会召开

中国空间科学学会空间材料专业委员会于2002年9月6至11日在广西省北海市召开了学术交流及专业委员会工作会议.出席本次会议的代表共有30余人,代表着全国空间材料研究方面的科研、大专院校以及有关公司等十几个单位.本次会议共收到28篇论文,有18篇在会上进行了交流.所有的论文展示了近几年来我国在空间材料研制方向的进展情况:有在空间研究材料的情况,有利用高空飞机失重时来研究材料情况,有研究空间应用的轻型结构件的进展情况;会议中还对未来空间站中空间晶体生长装置提出建议和介绍了未来空间相机用新型轻量化碳化硅反射镜的研制初步进展;会上郭景坤院士提出的金属陶瓷材料研究设想,引起与会人员热烈反响.大会还交流了许多金属、陶瓷、有机基复合材     

硅化物涂层电子束重熔表面改性技术

在Nb521铌合金表面采用料浆烧结法制备硅化物涂层,利用高频扫描电子束对硅化物涂层进行重熔处理,通过扫描电子显微镜对处理样品表面形貌进行组织结构分析。研究表明,经过电子束重熔处理,硅化物涂层表面陶瓷晶粒粒度降低,表面粗糙度降低,陶瓷颗粒之间烧结作用增强,重熔区域与未处理区域具有明显的边界,电子束能量分布较均匀,电子束重熔提高了硅化物涂层的抗氧化性能和抗热震性能。     

采用Ti/Ag/Ti中间层连接SiC陶瓷的 有限元应力分析

在陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷(采用金属中间层)的连接过程中,陶瓷与金属的热膨胀系数等性质存在差异而产生的残余热应力是连接接头强度弱化的主要原因.采用有限元方法对Ti/Ag/Ti作为中间层热压连接SiC陶瓷进行了应力的有限元计算分析,结果表明采用Ti/Ag/Ti结构的金属中间层连接SiC陶瓷时,对接头危害较大的残余应力主要分布在连接件近缝区.靠近试样外表面区域是接头的薄弱区,裂纹易在此处萌生,裂纹的扩展先是沿着一条向陶瓷侧凹入的弧线向陶瓷内切入,而后沿径向扩展.接头实际断裂方式与有限元分析结果相符,表明采用有限元方法对陶瓷连接接头的残余应力进行模拟计算有重要的指导意义.      

交会对接光学成像敏感器反射镜组件微应力装配技术

为了实现交会对接光学成像敏感器的功能、性能,其金属反射镜组件对面形精度和指向精度要求较高.金属反射镜组件在加工和装配过程中会产生装配应力,导致反射镜的面形和指向精度发生变化.在改进装调流程的基础上,首先通过仿真分析确定了反射镜安装螺钉的拧紧力矩;其次,优化了反射镜支架和反射镜安装面的平面度公差,从0. 008 mm提高到0. 002 mm;选用柔性材料制作过定位尺寸链的零件,对比了改进前后的反射镜指向变化和装配应力,改进后大幅减小,保证了反射镜精度指标要求.反射镜组件在装配到整机后面形和指向精度变化较小,反射镜面形达到PV≤0. 2λ,RMS≤0. 06λ(原方法数据PV≤0. 8λ,RMS≤0. 13λ),反射镜力学和热学环境实验前后反射镜指向变化由≤2',提高到≤1',保证了敏感器的测量精度.     

共聚焦三维数据表面重建的一种反走样方法

用边界体素的集合表示物体表面,将边界体素作为点投影到屏幕上形成光照图像时,可能出现空洞和图像走样.改进了体素表面算法:用剖分立方体算法得到物体的边界体素集,然后用边界体素的中心点构造投影表面点,用脚印函数计算表面点对显示图像平面上像素的影响范围,以此值作为该像素的权值,形成最后的图像.这样,边界体素不是只投影到一个点上,而是有一个投影区域,从而避免空洞现象,并减轻走样现象.实验证明,该方法具有较快的表面重建速度,消除了空洞,改善了显示效果.     

交会对接光学成像敏感器反射镜组件微应力装配技术#br#

为了实现交会对接光学成像敏感器的功能、性能，其金属反射镜组件对面形精度和指向精度要求较高.金属反射镜组件在加工和装配过程中会产生装配应力，导致反射镜的面形和指向精度发生变化.在改进装调流程的基础上，首先通过仿真分析确定了反射镜安装螺钉的拧紧力矩；其次，优化了反射镜支架和反射镜安装面的平面度公差，从0.008 mm提高到0.002 mm；选用柔性材料制作过定位尺寸链的零件，对比了改进前后的反射镜指向变化和装配应力，改进后大幅减小，保证了反射镜精度指标要求.反射镜组件在装配到整机后面形和指向精度变化较小，反射镜面形达到PV≤0.2λ，RMS≤0.06λ(原方法数据PV≤0.8λ，RMS≤0.13λ)，反射镜力学和热学环境实验前后反射镜指向变化由≤2′，提高到≤1′，保证了敏感器的测量精度.     

太阳同步轨道真空紫外光电倍增管的高能粒子屏蔽方法研究

空间辐射环境是导致光电倍增管性能衰变甚至失效的主要原因, 由于空间辐射环境的复杂性以及飞行器在空间活动的轨道、设计寿命和光电倍增管的类型不同, 光电倍增管需要的抗辐射屏蔽要求不同. 以太阳同步轨道高能粒子辐射环境为例, 对真空紫外光电倍增管进行了辐射屏蔽的Monte-Carlo计算, 在此基础上提出了运行于该轨道上的真空紫外光电倍增管的高能粒子屏蔽优化组合. 模拟计算表明, 采用Al-W-Al三层结构的屏蔽组合形式, 其中Al层厚2mm, W厚 0.5mm,可将辐射剂量从原本的9.98× 106rad (Si)降低到 8.41× 102rad (Si), 能较好地满足实际使用要求.      

航天器表面充电状态被动控制用的导电膜

本文说明了航天器表面充电状态被动控制的概念及其优点。用反应磁控溅射技术制备了适用于充电状态被动控制的氧化铟/锡膜、氧化铟膜及氧化锡膜。给出了这些膜的透过率、发射率、表面电阻率。在模拟空间(含亚暴)的环境条件下,对这些膜的充电特性作了评估。实验和测试表明这些薄膜性能完全符合NASA提出的规范要求。     

大口径反射镜结构参数优化设计

空间光学遥感器分辨率要求的不断提高使其主镜口径也在不断增大,从而对主镜进行轻量化设计就成为空间大口径反射镜工程的关键技术。该文介绍了一种对反射镜轻量化结构进行优化设计的方法,利用MSCPatran软件建立了蜂窝夹芯反射镜的参数化模型;对反射镜的各结构参数进行了灵敏性分析,得到了各参数对反射镜面形精度的影响曲线;根据反射镜的加工工艺,合理地确定结构参数的变化范围,利用正交分解法进行参数优化。     

空间光学遥感器主镜背部形状的选择

本文阐述了空间光学遥感器中主镜轻量化的必要性．对双凹、平背、单拱和双拱4种形状主镜在重力载荷下的变形进行了分析计算，得出了背部3点支撑方式下双凹主镜最优的结论，并进一步研究了3点支撑的双凹主镜面形变化RMS值随规一化支撑半径r／R的变化规律．     

空间光学遥感器的主镜展开机构

采用分块可展开成像系统是空间光学遥感器实现大口径甚高分辨率的有效途径,主镜展开机构是分块可展开成像系统的关键部分之一。对空间光学遥感器主镜展开机构进行了大致分类,分析了几种典型主镜展开机构的组成、工作原理和特点。从结构形式、驱动方式、展开/锁定机构和理论研究等方面阐述了主镜展开机构的发展趋势,分析了中国发展主镜展开机构的主要技术难点,提出了这些技术难点的解决思路。     

一种空间目标高精度指向控制方法

针对空间动目标指向任务对卫星提出的高精度控制需求，研究了卫星星体/快反镜二级复合系统的指向控制问题，给出了一种空间运动目标高精度指向控制方法。首先，基于近圆轨道Clohessy Wiltshire方程获得追踪卫星与目标卫星的位置信息；然后，基于扩展Kalman滤波算法进行多信息融合确定追踪卫星姿态参数，并实时解算出追踪卫星载荷光轴与目标卫星的相对姿态，获得跟踪指向所需的方位角和俯仰角；最后，通过星体一级姿态控制和基于快反镜的载荷光轴二级指向控制，实现对目标卫星的快速、高精度指向。仿真结果表明，该方法可以在保证快速性的同时实现动态指向控制误差小于072″。该方法可以实现对空间目标的高精度指向控制，为未来空间中激光通信等航天任务提供技术支持。     

带摆镜的制冷型中波红外像方扫描光学系统设计

基本形式的像方扫描光学系统依然需要复杂的二维回转机构带动成像镜组做二维扫描,所以二维回转机构需要承担较大载荷。分析了基本形式的像方扫描光学系统形式,并在基本形式基础上加入摆镜,只通过二维摆镜的旋转达到扫描像面的目的,大大减小二维回转机构载荷,提高扫描速度,简化了系统结构,减小了系统体积。加入摆镜后的光学系统除具有基本形式像方扫描光学系统的性质外,还有了新的限制条件,对带摆镜的像方扫描光学系统进行了分析,提出了设计条件及设计方法,并设计出具有较大视场的像方扫描光学系统。     

用于空间光学仪器的镜子的轻量化研究

对用于空间光学仪器的镜子实施轻量化工艺的必要性作了阐述,并对轻量化镜子的材料及结构的选择作了讨论。用有限元计算法对轻量化镜子在外力作用下的变形情况进行了计算分析。最后,文中还具体介绍了镜子实施轻量化技术后的结果。     

空间相机桁架支撑结构满应力优化设计与试验

针对空间相机桁架式支撑结构在设计过程中难以同时保证重量轻且刚度高的问题, 提出了采用满应力方法对桁架杆截面进行优化设计的思想. 以桁架杆重量最低为优化目标, 桁架杆自重变形和桁架的一阶固有频率为约束条件, 桁架杆截面的内外径为优化变量, 建立了基于满应力准则的优化模型. 经过优化, 桁架杆截面的外径为50mm, 内径40mm, 质量6.1kg, 一阶固有频率121Hz. 采用有限元法对优化结果进行模态校核和重力变形校核, 同时为检验碳纤维复合材料的热稳定性, 对桁架组件进行了热变形分析, 得到次镜的偏心和偏转均满足光学设计要求. 对优化设计出的桁架组件进行了0.2g扫频试验以及尺寸稳定性试验. 试验结果表明, 桁架组件一阶固有频率119Hz 与理论分析结果基本吻合; 在45N外力载荷和15°C均匀温升载荷的作用下, 桁架稳定性能良好, 次镜的偏心和偏转均小于5", 满足光学设计要求. 优化设计出的桁架支撑结构具有刚度高、尺寸稳定等特点, 这为实现空间相机向大口径、长焦距、轻型化方向发展奠定了研究基础.      

轻型空间相机主承力基板结构拓扑优化计

针对目前轻型空间相机主承力基板在结构设计过程中难于同时保证重量轻且刚度高的问题,提出了采用拓扑优化设计思想进行设计的方案.通过建立基于变密度方法的拓扑优化设计数学模型,运用Nastran软件对相机主承力基板进行拓扑优化设计,给出了主承力基板的最优设计方案.经过拓扑优化后相机主承力基板质量从初始的36.8 kg降低到15.4 kg,轻量化程度达58.2%.采用有限元分析方法对拓扑优化的结果进行了模态分析,以验证主承力基板刚度分布是否合理.通过0.5 g扫频振动试验对有限元分析结果进行验证,振动试验结果表明,主承力基板结构一阶自然频率理论分析与试验结果偏差1.86%,充分证明理论分析结果的正确性和准确性.整个优化设计过程证明,采用拓扑优化设计方法大大提高了研制效率,增强了空间相机主承力基板结构的性能,有效降低了基板的重量,满足系统设计要求.     

Sensitivity analysis of test methods for aspheric off-axis mirrors

Following the Hubble Space Telescope (HST), the next generation James Webb Space Telescope (JWST) is being developed to be launched in a few years. JWST will be a segmented mirror telescope with a design much like that developed for ground-based telescopes over the past 20 years. Several segmented mirror telescopes are currently in operation, and next generation ground-based telescopes of the 30-m class are also being designed using segmented primary mirrors. Regardless of size, segmented primary mirror telescopes often require the use of aspheric segment mirrors. One of the key factors in fabrication of aspheric segment mirrors is feasibility of testing off-axis surfaces with high accuracy. A couple of test methods have been investigated for aspheric off-axis segments. As a case study, we apply these test methods to secondary segmented mirror models of the Giant Magellan Telescope. We derive required dimensions of test set-ups and assess sensitivity of optical alignment. Characteristics of the test methods are also discussed.     

空间光学遥感器高精度6-DOF并联平台设计与实现

高精度六自由度并联平台可精密调整次镜位姿,实现空间光学遥感器地面光学装调及光学像差在轨主动校正。为解决研制高精度并联平台的多指标多约束结构优化设计及高分辨力驱动支链设计2个难点,建立了六自由度并联机构逆解数学模型及ADAMS参数化模型,确定了结构优化目标函数,结合支链长度、铰链转角等约束进行了结构优化设计,得到并联机构结构参数及驱动支链分辨力需达到60 nm的需求。基于此需求,设计了基于“无刷直流电机+滚珠丝杠+光栅尺”的驱动支链,采用PI控制律实现高精度消静差闭环伺服控制,使驱动支链分辨力达50 nm。对并联平台精度进行光学测试,结果表明,平台带载平移分辨力为0.2 μm,转角分辨力为1″,满足指标要求。该平台已成功应用于空间相机的地面光学装调及像差主动校正实验,为在轨应用奠定了理论与实践基础。