空间光学遥感器大口径反射镜支撑技术研究
发布时间：2021-08-31 20:55
随着空间技术的不断发展,空间光学遥感器得到了越来越多的应用。反射镜作为空间光学遥感器光学系统的关键部件,其面形精度对整个遥感器的成像质量有着直接影响。未来,大口径反射镜将空间光学技术发展的重要趋势,然而反射镜口径的增大会使反射镜自重变形以及由温度变化而引起的热变形急剧增加,同时也会使支撑结构的设计难度增大。因此,必须在尽量减重的条件下设计出合理的轻量化结构与柔性支撑结构,才能保证整个系统的光学性能满足要求。课题围绕空间光学遥感器大口径反射镜的支撑技术展开对反射镜的深入研究,主要内容和研究成果如下:（1）空间光学遥感器大口径反射镜支撑技术研究:从反射镜材料选取、主反射镜组件特性、反射镜支撑结构特性、主反射镜组件装配关系、前镜筒组件结构形式、次镜结构设计、光学系统设计和主镜组件装配流程几个角度出发,对反射镜进行了总体方案设计与研究,为主反射镜轻量化设计和支撑方式研究奠定基础。（2）反射镜轻量化设计及支撑方式研究:分别从反射镜结构初始参数、反射镜轻量化孔设计、主镜托框轻量化设计和限位块设计几个方面出发,实现了主反射镜的轻量化设计,对反射镜的抗变形能力、热性能及表面光学质量具有重要意义。明确了...
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ASTRO-F望远镜的主镜背部支撑结构
空间光学遥感器大口径反射镜支撑技术研究2图1.1ASTRO-F望远镜的主镜背部支撑结构（2）俄罗斯三反同轴系统望远镜如图1.2所示为俄罗斯研制的三反同轴系统望远镜的主反射镜和支撑结构。该望远镜的主反射镜材料为SiC材料，主镜口径为Φ630mm，中心开孔，主反射镜轻量化方式采用半封闭内扇形孔的结构形式[4]。底部采用了三点支撑结构，支架上三个端点用柔性连接机构与反射镜相连。反射镜内支撑孔内表面与支撑结构头部的圆形外表面相配合，控制轴向的自由度。每个支撑点限制两个自由度，三点实现静定支撑。测试结果为重力作用下光轴竖直的RMS值为42/，光轴水平方向上RMS值为213/。图1.2三反同轴系统望远镜的主反射镜和支撑结构（3）欧洲ALADIN望远镜如图1.3所示为欧洲ALADIN望远镜主反射镜及次镜支撑结构，ALADIN望远镜是ESA设计的对流层风速主动观测仪[5]。该反射镜为无焦卡塞格林式望远镜，主反射镜、次镜及其支撑结构均为SiC材料。主反射镜口径为Φ1500mm，质量为67kg，次镜口径为Φ460mm。主反射镜RMS值为340nm，其背部的开口三角形轻量化形式，由两块子镜焊接而成。支撑方式为背部三点Bipod支撑，目的是实现在热载荷变化作用下的补偿。
北华航天工业学院硕士学位论文3图1.3ALADIN望远镜的主反射镜及次镜支撑结构（4）美国SOFIA望远镜如图1.4所示为美国SOFIA望远镜的主反射镜组件，该望远镜为卡塞格林式结构，主反射镜材料为微晶玻璃，孔径为Φ2700mm，质量为390kg，主镜采用单镜、夹层结构，背部结构采用蜂窝结构[6]。如图1.5所示为美国SOFIA望远镜的支撑结构，其中图（a）为背部支撑结构，图（b）为侧向支撑结构。背部支撑结构为Whiffle，背部支撑结构的支撑点数量为18个，具有足够的强度；侧向支撑结构为柔性支撑，侧向支撑结构的水平支撑点数为6个。在温度变化时，侧向支撑变形，补偿来自反射镜的应变能，减小应力对反射镜面形的影响。图1.4SOFIA望远镜的主反射镜组件a)背部支撑结构b)侧向支撑结构图1.5SOFIA望远镜的支撑结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径空间反射镜轻量化设计及其柔性支撑[J]. 李慎华,关英俊,辛宏伟,袁野,李志来. 激光与红外. 2017(11)
[2]空间遥感器Ф2m量级大口径SiC反射镜镜坯结构设计[J]. 王克军,董吉洪. 红外与激光工程. 2017(07)
[3]1.2m微晶主镜的新型支撑[J]. 邵亮,赵勇志,明名,吕天宇,刘昌华,王洪浩. 光学精密工程. 2016(10)
[4]“高分四号”卫星面阵凝视相机超分辨技术[J]. 刘薇,高慧婷,曹世翔,何红艳,谭伟. 航天返回与遥感. 2016(04)
[5]1.5m口径空间相机主镜组件的结构设计[J]. 李志来,徐宏,关英俊. 光学精密工程. 2015(06)
[6]长条形反射镜支撑结构设计与分析[J]. 刘福贺,程志峰,石磊,徐宁,管坐辇. 红外与激光工程. 2015(05)
[7]大长条形反射镜支撑方案设计[J]. 付亮亮,何欣,王忠善. 光电工程. 2014(11)
[8]空间相机用大口径圆形主反射镜设计[J]. 王忠善,何欣,付亮亮. 红外. 2014(09)
[9]大口径长焦距相机主次镜支撑结构方案初步研究[J]. 刘湃,黄巧林,杨居奎. 航天返回与遥感. 2014(03)
[10]空间反射镜的轻量化及支撑设计研究[J]. 陈洪达,陈永和,史婷婷,刘晓华,傅雨田. 红外与激光工程. 2014(02)
博士论文
[1]主镜液压支撑系统关键技术研究[D]. 彭雄斌.浙江大学 2016
硕士论文
[1]大口径空间Sic反射镜检测中重力和应力解耦技术研究[D]. 胡文琦.南京理工大学 2017
[2]空间大口径光学主镜展开机构设计[D]. 高明星.哈尔滨工业大学 2016
[3]低温大口径反射镜支撑装调系统研究[D]. 邱成波.哈尔滨工业大学 2016
[4]大口径背支撑反射镜架设计与分析[D]. 刘福贺.哈尔滨工业大学 2013
[5]空间反射镜镜片及其支撑结构分析与设计[D]. 柯瑞.哈尔滨工业大学 2010
[6]振动/热循环/空间模拟辐照环境对SiC反射镜性能影响[D]. 姚凯义.哈尔滨工业大学 2008
[7]轻量化碳化硅反射镜支撑方案分析[D]. 黄启泰.苏州大学 2004
[8]基于有限元法的空间相机主镜设计[D]. 刘宏伟.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
本文编号：3375596
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ASTRO-F望远镜的主镜背部支撑结构
空间光学遥感器大口径反射镜支撑技术研究2图1.1ASTRO-F望远镜的主镜背部支撑结构（2）俄罗斯三反同轴系统望远镜如图1.2所示为俄罗斯研制的三反同轴系统望远镜的主反射镜和支撑结构。该望远镜的主反射镜材料为SiC材料，主镜口径为Φ630mm，中心开孔，主反射镜轻量化方式采用半封闭内扇形孔的结构形式[4]。底部采用了三点支撑结构，支架上三个端点用柔性连接机构与反射镜相连。反射镜内支撑孔内表面与支撑结构头部的圆形外表面相配合，控制轴向的自由度。每个支撑点限制两个自由度，三点实现静定支撑。测试结果为重力作用下光轴竖直的RMS值为42/，光轴水平方向上RMS值为213/。图1.2三反同轴系统望远镜的主反射镜和支撑结构（3）欧洲ALADIN望远镜如图1.3所示为欧洲ALADIN望远镜主反射镜及次镜支撑结构，ALADIN望远镜是ESA设计的对流层风速主动观测仪[5]。该反射镜为无焦卡塞格林式望远镜，主反射镜、次镜及其支撑结构均为SiC材料。主反射镜口径为Φ1500mm，质量为67kg，次镜口径为Φ460mm。主反射镜RMS值为340nm，其背部的开口三角形轻量化形式，由两块子镜焊接而成。支撑方式为背部三点Bipod支撑，目的是实现在热载荷变化作用下的补偿。
北华航天工业学院硕士学位论文3图1.3ALADIN望远镜的主反射镜及次镜支撑结构（4）美国SOFIA望远镜如图1.4所示为美国SOFIA望远镜的主反射镜组件，该望远镜为卡塞格林式结构，主反射镜材料为微晶玻璃，孔径为Φ2700mm，质量为390kg，主镜采用单镜、夹层结构，背部结构采用蜂窝结构[6]。如图1.5所示为美国SOFIA望远镜的支撑结构，其中图（a）为背部支撑结构，图（b）为侧向支撑结构。背部支撑结构为Whiffle，背部支撑结构的支撑点数量为18个，具有足够的强度；侧向支撑结构为柔性支撑，侧向支撑结构的水平支撑点数为6个。在温度变化时，侧向支撑变形，补偿来自反射镜的应变能，减小应力对反射镜面形的影响。图1.4SOFIA望远镜的主反射镜组件a)背部支撑结构b)侧向支撑结构图1.5SOFIA望远镜的支撑结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径空间反射镜轻量化设计及其柔性支撑[J]. 李慎华,关英俊,辛宏伟,袁野,李志来. 激光与红外. 2017(11)
[2]空间遥感器Ф2m量级大口径SiC反射镜镜坯结构设计[J]. 王克军,董吉洪. 红外与激光工程. 2017(07)
[3]1.2m微晶主镜的新型支撑[J]. 邵亮,赵勇志,明名,吕天宇,刘昌华,王洪浩. 光学精密工程. 2016(10)
[4]“高分四号”卫星面阵凝视相机超分辨技术[J]. 刘薇,高慧婷,曹世翔,何红艳,谭伟. 航天返回与遥感. 2016(04)
[5]1.5m口径空间相机主镜组件的结构设计[J]. 李志来,徐宏,关英俊. 光学精密工程. 2015(06)
[6]长条形反射镜支撑结构设计与分析[J]. 刘福贺,程志峰,石磊,徐宁,管坐辇. 红外与激光工程. 2015(05)
[7]大长条形反射镜支撑方案设计[J]. 付亮亮,何欣,王忠善. 光电工程. 2014(11)
[8]空间相机用大口径圆形主反射镜设计[J]. 王忠善,何欣,付亮亮. 红外. 2014(09)
[9]大口径长焦距相机主次镜支撑结构方案初步研究[J]. 刘湃,黄巧林,杨居奎. 航天返回与遥感. 2014(03)
[10]空间反射镜的轻量化及支撑设计研究[J]. 陈洪达,陈永和,史婷婷,刘晓华,傅雨田. 红外与激光工程. 2014(02)
博士论文
[1]主镜液压支撑系统关键技术研究[D]. 彭雄斌.浙江大学 2016
硕士论文
[1]大口径空间Sic反射镜检测中重力和应力解耦技术研究[D]. 胡文琦.南京理工大学 2017
[2]空间大口径光学主镜展开机构设计[D]. 高明星.哈尔滨工业大学 2016
[3]低温大口径反射镜支撑装调系统研究[D]. 邱成波.哈尔滨工业大学 2016
[4]大口径背支撑反射镜架设计与分析[D]. 刘福贺.哈尔滨工业大学 2013
[5]空间反射镜镜片及其支撑结构分析与设计[D]. 柯瑞.哈尔滨工业大学 2010
[6]振动/热循环/空间模拟辐照环境对SiC反射镜性能影响[D]. 姚凯义.哈尔滨工业大学 2008
[7]轻量化碳化硅反射镜支撑方案分析[D]. 黄启泰.苏州大学 2004
[8]基于有限元法的空间相机主镜设计[D]. 刘宏伟.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
本文编号：3375596
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