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。     

“高分四号”卫星凝视相机的技术特点

"高分四号"卫星凝视相机具有高时间分辨率、较高空间分辨率和较大成像幅宽的特点。它包含可见光近红外(VNIR)通道和中波红外(MWIR)通道,VNIR通道有5个谱段,MWIR通道有1个谱段,具备昼夜成像能力。相机光学系统为折反射系统,采用分色片实现VNIR与MWIR谱段分离,利用旋转滤光轮将入射VNIR辐射分成5个谱段。VNIR焦面组件采用全局电子快门CMOS面阵探测器;MWIR焦面采用HgCdTe面阵探测器,由脉冲管制冷机制冷到80K。MWIR谱段采用两个黑体进行星上定标。基于用户需求和地球静止轨道环境开展了相机与卫星平台一体化设计、光学系统力学和热学稳定性设计、微振动抑制设计、活动机构长寿命高可靠性设计。     

“高分四号”卫星凝视相机设计与验证

2015年12月29日,中国第一颗地球静止轨道高分辨率光学遥感卫星—"高分四号"卫星在西昌卫星发射中心成功发射,星上装载的北京空间机电研究所研制的高分辨率光学遥感凝视相机,可以获取星下点可见光近红外谱段(全色及多光谱)50m地面像元分辨率、中波红外谱段400m地面像元分辨率图像,地面覆盖超过400km?400km。文章介绍了该相机的组成及工作原理、相机的关键技术及实现情况,给出了地面测试与试验结果,对在轨运行和测试情况进行了简单介绍,列出了在轨测试的主要结论。     

“高分五号”全谱段相机可展开定标漫反射板设计

为了对“高分五号”卫星全谱段光谱成像仪的太阳反射谱段辐射性进行长期监测与校正，并针对其谱段范围宽、精度要求高、口径大、使用寿命长等特点与要求，优化设计了可展开的漫反射板进行全光路全视场的辐射定标。定标漫反射板安装在相机光学系统的前端侧面，不影响相机正常成像，在定标时通过驱动机构展开漫反射板到相机前端，根据“高分五号”卫星轨道特点、定标能量要求及相机安装矩阵等设计定标漫反射板展开角度为39°。研制了430mm×430mm大尺寸聚四氟乙烯漫反射板组件以保证在展开时满足全光路全视场的定标，漫反射板在420～2400nm光谱范围内半球反射率高于95%，在相机观测方向BRDF变化优于25%。同时，设计了漫反射板稳定性监视辐射计用于监测漫反射板在轨性能衰减，监测精度15%。在轨定标精度分析为476%，满足指标要求。     

基于ICCD的空间微光成像系统成像性能研究

研究基于像增强型CCD（ICCD）的空间高分辨率微光成像系统的成像性能。通过理论推导及数学仿真的方法，对系统在微光条件下的能量传递、极限分辨力、信噪比以及调制传递函数进行分析计算。研究表明，系统在黎明照度条件下具有较好探测能力，通过对ICCD器件制冷可以有效提高系统信噪比，实现满月照度的探测成像。     

“高分四号”卫星相机镜头像质检验技术

大口径相机由于比刚度低等原因,结构重力变形较大。重力造成的波前误差不可忽略,装调测试必须要重点关注,采用特定的方法测试、验证镜头的零重力波前误差,以保障在轨飞行重力释放时相机能够实现较好的成像品质。文章针对"高分四号"卫星相机镜头的重力变形情况进行了分析,主要包括镜头敏感元件的公差分析、次镜及前镜筒组件的结构力学仿真分析。通过分析确定镜头重力变形的敏感位置以及重力变形的量级,在装调测试过程中使用光轴水平旋转测试以及光轴垂直测试对镜头的零重力像质进行检验,两种状态的测试结果相互印证,与仿真结果吻合。     

基于ICCD的空间微光成像系统成像性能研究

研究基于像增强型CCD(ICCD)的空间高分辨率微光成像系统的成像性能。通过理论推导及数学仿真的方法,对系统在微光条件下的能量传递、极限分辨力、信噪比以及调制传递函数进行分析计算。研究表明,系统在黎明照度条件下具有较好探测能力,通过对ICCD器件制冷可以有效提高系统信噪比,实现满月照度的探测成像。     

一种航天相机微纳镜头的实现方法

为了满足航天相机微纳镜头轻小化的要求,文章提出了一种适用于微纳镜头实现的光学系统。首先,以无热化的思路设计光机结构:一方面提出了"一物多用"的超轻一体化结构形式,实现了各光学部组件的集成;另一方面采用了柔性Bipod结构形式减小了热不匹配对光学系统像质的影响,减轻了热控元件的质量。然后采用动态优化的方式进一步减轻镜头结构的质量。最后,采用光机热集成分析,对镜头在大温度范围内的像质进行了验证分析。结果表明,通过上述步骤得到的微纳镜头质量超轻,静、动态性能良好,可在–40℃～70℃范围内实现无热化,满足微纳设计的要求。     

“高分四号”卫星遥感技术创新

"高分四号"卫星是中国首颗地球静止轨道高分辨率光学遥感卫星,是国家高分辨率对地观测系统重大专项工程的重要组成部分。"高分四号"卫星将高时间分辨率和较高空间分辨率相结合,为减灾、气象、地震和林业等多个行业的应用提供遥感数据服务,并为海洋、国土和水利等行业以及国防建设提供遥感数据支持,实现中国民用高分卫星研制和卫星遥感应用领域的新突破。文章分析了"高分四号"卫星在运行轨道、探测手段、控制体制等多方面的任务特点,总结了卫星总体设计技术、高精度控制技术、复杂条件下像质保障技术、高精度热控技术、高可靠长寿命技术等创新点,为中国静止轨道高分辨率光学遥感领域后续发展提出重要建议。