论文部分内容阅读
对于空间相机而言，光学系统能够在地面试验状态、发射状态、在轨飞行状态下都能保持精度稳定，是满足成像的基本要求。相机在从地面到太空的过程中，需要经历重力、温度、气压、辐射等多种环境因素的变化，而这些因素都可能导致空间相机分辨率下降、像质变坏、功能失效甚至系统破坏。其中作为成像载体的光学系统，由于其自身精度较高，上述环境条件的变化都会导致反射镜的面形变化、各光学元件问的位置(包括间隔和转角)的变化，使光轴指向和波前像差产生偏离。如何能够减弱或消除各种环境因素变化对光学系统的影响，是空间应用光机系统的主要研究方向之一，它包含光学、结构、热控、材料等多学科方面的原因。本文将从影响系统成像因素之一的光学反射镜入手，结合某空间超光谱成像仪望远系统主镜的研制，探讨反射镜支撑结构的优化设计过程。
该超光谱成像仪主镜在设计过程中，为满足空间热力耦合的环境条件，采用柔性支撑方式，一方面可以消除很大一部分主镜装配应力引起的变形，另一方面当温度变化时，由光学元件与其支撑结构之间的热特性不匹配引起的变形可以通过柔性支撑的变形给予补偿。论文从满足反射镜在复杂的工况条件下的静态面形误差要求及动态刚度要求的角度出发，介绍了主镜及其支撑结构材料的选择，轻量化方案及支撑方式的选择。对超光谱成像仪中主镜及其柔性支撑结构进行优化设计，采用计算机仿真手段，对主镜及其柔性支撑结构的三种不同方案进行了静、动态及热特性的分析，最终优选出一种较为合理的方案。并对反射镜组件的试验件及正式件做了一系列试验验证。试验结果表明：主镜组件可以满足位置及面形精度要求，质量轻，具有良好的动态特性，而且在热环境作用下具有较好的尺寸稳定性，经试验验证方案合理可行。此设计思想对其它小型空间反射镜支撑设计具有可借鉴意义。