组合口径反射镜曲率半径误差分析

研制大口径望远镜系统,通常采用组合口径反射镜来代替单体反射镜。组合口径反射镜的方案相比于传统方案减小了加工、运输等各方面的困难,同时它也会引入分块镜的曲率半径误差。为更好地了解组合口径反射镜曲率半径误差对光学性能的影响,文章以整体口径为6.6m、曲率半径为21.34m的由18块六边形分块镜拼接而成的反射镜为例,对组合口径反射镜曲率半径误差进行分析。首先建立组合口径反射镜模型,通过计算求得反射镜的波像差与斯特列尔比,最终确定反射镜曲率半径误差的合理变化范围。结果表明,曲率半径误差对不同位置分块镜的波像差影响不同,去除位置因素后,各分块镜对反射镜波像差的影响相同。文章所设计的反射镜,如果各分块镜之间的曲率半径误差应小于±0.14mm,则满足斯特列尔比大于0.8且最大波像差小于λ/4。文章对组合口径反射镜的设计、加工和装调等有参考价值。     

KM6太阳模拟器拼接式准直镜的装校技术

KM6太阳模拟器准直镜是由121块正六边形的球面单元镜拼接而成,拼接后有效口径为6636mm、曲率半径为24800mm。文章分析了3种经典的球面反射镜光学装校的原理,并根据KM6太阳模拟器光学系统的结构参数,确定用平行激光束聚焦的原理装校准直镜。以该原理为基础设计了360°旋转式装校装置,结构简单易行,很好地实现了准直镜的光学装校。文章还分析了装校过程中测量仪器误差、操作人员判读误差对准直镜装校精度的影响。     

空间相机用碳化硅(SiC)反射镜的研究

根据空间光学遥感器发展的要求 ,提出碳化硅 (SiC)反射镜的研究 ,论述空间相机采用SiC反射镜的原因 ,介绍国外SiC反射镜发展概述 ,提出发展SiC反射镜的研究目标和应用方向。     

多光谱相机高稳定性光机结构设计技术

文章针对测绘应用对多光谱相机设计的技术要求,从影响相机内方位元素和在轨成像品质因素出发,结合三反离轴相机的特点,重点分析多光谱相机高稳定性设计（力学和热）。多光谱相机主体反射镜通过选取零膨胀的微晶玻璃和殷钢材料,降低了反射镜的热敏感性,反射镜组件通过采用四点球铰无应力支撑技术实现了反射镜的静定支撑、消除掉了反射镜装配应力,保证了反射镜面型的稳定性。相机主体结构与卫星的连接采用柔性卸载结构设计,卸载了卫星结构由于热变形而导致的相机结构变化,保证了相机主体结构的在轨性能稳定性。通过对整个相机进行有限元分析和环境试验,有效地验证了设计的正确性,多光谱相机主体具有较好的结构稳定性。     

空间相机用碳化硅（SiC）反射镜的研究

根据空间光学遥感器发展的要求，提出碳化硅(SiC)反射镜的研究，论述空间相机采用SiC反射镜的原因，介绍国外SiC反射镜发展概述，提出发展SiC反射镜的研究目标和应用方向。     

大长细比反射镜侧面支撑结构设计与分析

随着近几年离轴三反(Three-Mirror Anastigmat,TMA)相机在大视场高分辨率成像领域的应用,大长细比反射镜的支撑技术成为离轴TMA相机研制的关键技术之一。文章研究的反射镜尺寸达到986mm×246mm,为了使大长细比反射镜的支撑结构同时满足高刚度和高面形稳定的要求,采用理论研究和有限元分析相结合的方法设计了一种侧面柔性支撑结构。分析结果表明,反射镜组件一阶频率达到114.9Hz,在重力和2℃温变耦合下综合面形变化均方根值只有4.9nm,工艺件的力学振动试验结果和仿真分析基本吻合,反射镜支撑结构设计合理,满足空间应用要求。     

国外空间反射镜材料及应用分析

空间反射镜材料的选取与反射镜镜坯加工工艺直接影响光学遥感卫星的戍像能力。提高空间相机分辨率的直接途径是增大光学系统的口径,因此大口径空间反射镜的材料技术和镜坯加工技术受到了高度关注。在未来相当长的时间内,相关技术都是研究热点。文章重点研究了常用空间反射镜材料的特性,这些材料包括美国康宁公司的超低膨胀玻璃、德国肖特集团的微晶玻璃、碳化硅和碳化硅复合材料,并对熔接法、浇铸法、烧结法等常用的大口径反射镜镜坯加工方法进行了研究,调研了各类材料的实际在轨应用情况。最后根据上述材料的热膨胀系数和反射镜结构强度等特征,分析总结了这些材料的适用范围。     

星载CCD相机真空热试验方法讨论

我国相关标准对于具有主动热控的星载CCD相机单机热真空试验方法一直没有明确定义,相机在试验中的温度设置值如何确定是其关键问题。文章认为此值应与相机的热设计温度范围相同;如果不以温度作为验证热设计的唯一条件,那么相机的热设计也可以同相机结构、光学设计一起,在真空热环境条件下,对相机进行光学性能检测验证。可以通过相机的热真空试验,一方面验证相机的温度适应性;另一方面,设置相应的真空热试验工况,通过光学性能检测来验证热设计。从而减少相机的热平衡试验项目,简化了研制流程。在实施过程中,为了解决相机的光学窗口热流模拟的困难,可在相机光学窗口正对、具有一定距离的位置设置反射镜,并在其背部和周边设置加热回路。文章最后结合某CCD相机的应用实例对相机的真空热试验方法进行了讨论。     

空间光学遥感器反射镜组件中环氧胶的选用

Milbond、EC2216和SE-14-80三种环氧胶常用于空间光学遥感器光学件与金属结构件粘接。不同环氧胶对粘接后的反射镜面形差别较大,环氧胶的选择是反射镜组件研制过程中一个重要环节。胶的弹性模量、线胀系数、泊松比和固化收缩率等物理特性参数对粘接后面形影响较大。有些环氧胶的物理特性参数厂家提供不全,一些胶的性能参数测试困难,同时空间光学遥感器需要经历研制过程中各种环境条件考验,胶在经历不同环境条件下物理特性参数测试对比测试相对难度较大。文章针对空间光学遥感器在研制过程中环氧胶将经历的环境试验条件,设计一个考核Milbond、EC2216和SE-14-80三种环氧胶对面形影响的综合试验,通过固化前后面形的变化,以及热真空试验前后面形的变化的对比结果,优选确定了采用EC2216作为空间光学遥感器反射镜粘接用胶。     

大尺寸离轴反射式相机的仿真集成分析方法

离轴三反相机光学元件的不对称性,给相机的温控设计带来较大难度,因此有必要研究各种温度场对离轴三反相机性能的影响,特别是大型离轴三反相机,由于其外形尺寸大、焦距长、构型复杂,增大了研究难度。文章针对某大型离轴三反相机,通过光机热集成分析的方法,研究了其性能受不同温度影响的变化规律,从而为设计合理的热控措施提供依据。通过计算相机真实在轨温度场,得到温度边界条件;利用集成分析软件仿真了10种温度工况下相机光机结构的变形规律;最后利用光学仿真软件计算出光机系统的成像品质。仿真结果表明:若干温度工况下,相机的反射镜更容易产生离焦现象,而不容易产生离轴和倾斜现象;相机对整机径向的温度差最敏感,对轴向的温度差最迟滞;均匀温度变化和单个反射镜的温度差变化对相机的成像品质不产生影响。     

典型星载遥感器光学系统总剂量效应防护方法与设计

针对空间不连续工作的典型星载光学遥感器的结构和光学系统,进行抗辐射薄弱环节与总剂量效应的仿真分析计算,提出在遥感器入光口遮光罩处增加防护盖以降低光学系统中辐射吸收剂量预示最大位置处的吸收剂量,并对防护盖的具体参数进行仿真优化设计。研究表明:光学系统各光学部件所在位置辐射吸收剂量处于不均匀状态,接收地物信息的第一镜体处的预示值最大;安装防护盖后,可大幅降低该处的辐射吸收剂量,使之与其他部位的吸收剂量处于同一量级水平;防护盖的实施参数以厚度1~3 mm、距离入光口遮光罩端部小于20 mm为最佳。文章最后描述了防护盖设计方法的通用性,给出了防护盖的适用技术条件。     

复合材料在长焦距空间光学遥感器上的应用

对碳纤维增强聚合材料(CFRP)和碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料在空间光学遥感器的应用进行了介绍,并以某长焦距空间光学遥感器的主支撑结构为例,对应用不同材料时遥感器的质量、固有频率、热位移等进行了研究。研究结果表明:应用复合材料能够使主支撑结构质量降为278kg,从而降低发射成本;结构具有较大的刚度,固有频率为156.09Hz,满足设计指标;可以更加有效控制结构热变形引起的光学元件刚体位移,提高成像品质。文章对复合材料更好地应用于长焦距空间光学遥感器,具有一定的参考价值。     

环境减灾-1A、1B卫星光学载荷在轨运行情况分析

环境减灾-1A、1B卫星于2008年9月6日发射升空,至2013年7月20日,2颗卫星的4台宽覆盖多光谱CCD相机、1台超光谱成像仪(HSI)和1台红外相机(IRS)已在轨稳定工作近5年,共获取超过61万景2级地面遥感图像数据。文章对在轨运行的光学载荷遥测参数进行了统计和分析,结果表明:DC/DC电压遥测变化量不超过5%,关键光机部位温度遥测变化量小于2.25℃,转动部件电压和电流遥测变化量小于1%,遥测参数均在设计范围内,显示光学载荷在轨稳定正常工作。最后,综合分析了光学载荷图像数据应用情况,分析表明:光学载荷图像数据具有较强的地物影像分类、提取和分辨能力,与国外同类卫星比较,水体识别符合度达到90%以上,旱情分级符合度大于66%,光谱分辨率达到5nm,积雪范围提取精度达到90%以上,在各类应用领域发挥了较大的效能。     

小视场红外光学系统设计

从红外光学系统的视场设计出发 ,分析了浸没透镜的厚度和曲率半径对光学特性的影响 ,介绍了小视场红外光学系统的设计方法 ,给出了弯月镜和浸没透镜的设计结果 ,试验表明小视场红外光学系统的设计是成功的     

一种易于制造、较大视场离轴三反光学系统设计

介绍了离轴三反光学系统初始结构的设计方法,并用该方法进行离轴三反光学系统设计。用ZEMAX软件设计了一个焦距为1 000mm,F数为10,垂直轨道方向视场为±4.0°,沿轨道方向为6.0°和6.5°的光学系统。结果表明,该光学系统在空间频率71线对/mm处,调制传递函数均大于0.4,且三镜为球面,具有易于制造装调等优点。     

可控曲率半径的圆柱形叶片逐点绘型方法

针对中低比转速离心泵,根据叶片进出口边界条件,以逐点绘型方法为基础,提出了一种新的曲率半径可控的叶片绘型方法。该方法的主要特点是曲率半径比值可作为设计常量由设计人员根据需要事先给定,随后分析了曲率半径及比例因子对叶片安放角、叶片包角、相对速度及速度矩等的影响。结果表明,不同曲率半径比值下的叶型参数及流动参数变化范围很大,曲率半径比值较大时,节流损失较大,泵扬程较低,曲率半径比值较小时,脱流损失较大,泵效率较低,存在较优的曲率半径比值区间[1.4,2.4],使叶片安放角平滑变化,泵的综合性能较优,在该优化区间内,取较大的曲率半径比值有利于获得较优的汽蚀性能,比例因子为0时叶片安放角的变化较为平稳,可用于开展离心泵的初步设计。     

大型太阳模拟器研制技术综述

文章简要介绍了国外典型的大型太阳模拟器及其技术指标,并对其研制过程中的相关技术问题进行了较为全面的总结,包括光源的选择及点燃方式、光学系统的选用与设计、光学系统的装校、太阳模拟器性能测量以及冷却等,为我国研制KM6太阳模拟器提供了技术借鉴与参考。文章最后讨论了KM6太阳模拟器的总体设计方案,提出拟采用中等功率的氙灯作为光源,并将氙灯的点燃方式从垂直点燃改成水平点燃,避免了由于平面反射镜的存在而导致15%的能量损失。     

Zernike多项式在拟合光学表面面形中的应用及仿真

光学镜面在重力的作用下,会产生镜面变形,这种变形包括刚体位移和表面变形,将对光学系统的成像品质产生不同的影响。文章通过Matlab软件,对有限元分析后的数据进行处理,用Zernike多项式精确拟合变形后的镜面面形,并在Matlab中绘出镜面面形云图,最后计算出表面变形的表面变形均方根和表面变形最大值与最小值之差。实例计算表明,该方法能将镜面变形的刚体位移和表面变形分离,适合于光学自由曲面的镜面面形精度分析。     

微重力下球形贮箱内液体晃动有限元模拟

以卫星球形贮箱为研究对象,用任意拉格朗日-欧拉(ALE)法建立了数学模型,给出了计算的基本方程,并基于MSC-Dytran有限元程序,对常重力和微重力环境中贮箱内推进剂的晃动进行了数值模拟。结果表明,微重力环境中液体更易发生大幅晃动,甚至产生飞溅,工程中常用的等效力学模型已不再适用,而有限元数值模拟方法可较好地解决该问题,为卫星及大充液复杂结构航天器控制系统的设计和分析提供理论参考。