摘要：为了提高碳化硅反射镜的成像质量,针对反射镜传统的轻量化结构提出了改进形式及相应的优化方法.提出轻量化反射镜的变筋厚设计方案,分别基于几何位置与传力路径对轻量化筋进行分组,成像质量与传统结构相比明显提高,指出具有不同拓扑关系的轻量化筋在增强镜体刚度的过程中所起到的作用不同.对反射镜背部的筋板结构进行修剪,改善了远离支撑孔处面形的局部塌陷.针对改进后的反射镜建立集成优化模型,使用多岛遗传算法确定了反射镜中各结构参量的最佳组合.仿真结果表明,基于传力路径的分组改进方案经优化后的性能相比传统结构经优化所得的结果,面形准确度提高了33.2%,重量下降了11.7%.

摘要：指出空间相机应进行光机热集成设计分析的必要性,介绍了光机热集成设计分析典型流程。结合空间相机的研制特点,建立了具有针对性的光机热集成设计分析流程,阐明了集成分析的内容及优化设计的对象及具体内容,总结了集成设计分析需进行的相关验证试验。指出空间相机集成分析的两个关键技术是温度场插值技术或边界单元技术和Zernike多项式拟合技术,前者是热弹性分析中温度场作为边界条件向有限元模型加载的解决方法,后者是光机热数据接口的主要解决方法。最后总结了集成分析过程中需要注意和考虑的问题。

摘要：设计了一种适用于空间环境的变形镜装置,以校正高分辨率空间相机中大口径主反射镜的波像差.讨论了空间相机用变形镜的设计准则,确定了该变形镜的结构形式;给出了具体的结构组成和材料组合,并设计了柔性结构.仿真结果表明,该结构在z向重力工况下RMS值仅17.2nm,4℃温升时的RMS值仅为3.7nm,且一阶频率为1 015Hz,各模拟空间工况下的反射面经主动展平后,均可获得近似的标准平面;该结构能够较准确地拟合前36项泽尼克多项式所对应的基元波面,残留误差较小,不仅具有良好的力学性能和热稳定性,还能保证变形镜的像差校正能力得到充分发挥,从而满足空间相机的使用需求.

摘要：变形镜支撑结构自身性能的优劣将直接影响变形镜的像差校正能力。给出一种空间相机用变形镜的结构,结合材料属性与加工工艺,分析了不同结构形式支撑底座的特点,发现采用碳纤维增强复合材料(CFRP)制作的实体式结构明显优于选用钛合金制作的筋板式结构,指出支撑底座材料的比刚度以及支撑底座与反射镜材料之间的线胀系数差别分别是影响变形镜自重变形和热变形的主要因素。比较了不同的支撑方案,发现采用背部三点支撑可以改善周边三点支撑时由重力因素导致的反射面边缘塌陷现象,在z向重力下面形RMS值由15.38 nm降至4.17 nm,降低了73%,且热变形更加均匀,4℃温升时的RMS值由3.68 nm降至3.22 nm,降低了12.5%,一阶频率也由1 513 Hz提高至1 982 Hz。这说明该变形镜结构的动、静态刚度及热稳定性均满足空间相机的应用要求。

摘要：利用临界角法检焦具有分辨力高、损失光能小、结构简单、系统调试容易的特点设计了亚微米级检焦系统。介绍了临界角法离焦检测的基本原理,通过合理假设,利用菲涅尔公式和高斯光学公式得到了离焦误差信号的计算公式。实验采用单光路临界角法,利用He-Ne激光器、临界角棱镜、四象限光电探测器、信号采样电路、数据采集卡等元器件组成离焦检测系统,实现离焦信号的提取;通过数字滤波、归一化处理等技术得到离焦误差信号(FES),以此获得FES的大小和变化趋势与离焦量的关系曲线。实验表明,临界角法探焦系统静态分辨力<15nm、线性范围可达±4μm,满足亚微米级检焦系统的设计要求。

摘要：为了便于调试CCD成像系统以及检测系统接口的可靠性,基于CCD扫描成像原理设计了功能特点各异的几种自校图形来模拟CCD图像数据。作为数据模拟源,自校图形具有类似线阵CCD推扫成像的动态滚动特性,同时图形灰度等级变化明显,且在x和y方向上均有灰度梯度。以鉴别率图形为例,阐述了自校图形的设计思想、代码实现及仿真验证过程。设计选用VHDL编程通过现场可编程逻辑阵列(FPGA)来实现,应用TEXTIO功能通过Modelsim仿真将自校图形数据导出到文本,然后调用MATLAB读取文本并显示图形以验证设计的正确性。几个自校图形在CCD遥感相机成像系统中得到了应用,共占用了约5%的逻辑资源。应用结果显示,自校图形能及时检测出通讯和数传模块所出现的异常并能判断分析问题根源。

摘要：光学系统波像差是空间相机的关键成像性能指标，其稳定性决定了成像质量的稳定性。针对大视场TMA空间相机研制过程和在轨成像时重力和温度变化状态，用有限元方法分析反射镜位置公差、面形等尺寸稳定性，结合反射镜的加工面形，计算光学系统波像差，分析成像性能稳定性的变化；采用实验室多方向重力（水平、悬挂、向上、向下等）和20±4°环境调温状态模拟测试，系统波像差平均在λ/14.7～λ/12.4之间，单个视场最低为λ/11。波像差的分析数据与测试结果趋势一致，各状态平均误差范围为-0.0126λ～0.0031λ，最大单点误差为-0.023λ；在不同状态下的传函复合测试结果都达0.21以上，相对变化小于-4.8%。该方法作为分析、验证系统成像稳定性有效便捷的手段，应用到大视场TMA空间相机的研制中，指导设计、分析薄弱环节，通过全状态的分析和测试，说明大视场TMA空间相机具有良好稳定的成像性能。

摘要：碳纤维复合材料杆件密度小、比刚度高、线胀系数小,因此,碳纤维杆件支撑结构是空间相机框架常用支撑结构。采用螺纹胶接方法对碳纤维复合材料与金属件结构预埋工艺进行了有效的改进,提高了结构固有频率6Hz左右,有效提高了构件间的连接强度和刚度。采用拓扑优化方法对空间相机支撑结构进行优化设计,并采用有限元分析法对某型空间相机支撑结构优化设计的结果进行检验。结果表明:支撑结构在一阶固有频率提高了9.5%,为相机后续研制工作提供了一定基础。

摘要：简述了空间遥感器的空间应用环境和三反射镜消像散(TMA)轻型遥感器的特点,介绍了遥感器设计中材料选择的重要性及影响,在TMA轻型遥感器研制中选用了具有高导热性和高比刚度的SiC和SiC/Al复合材料。对SiC和SiC/Al复合材料与常用光机材料的空间应用综合品质因子进行了比较,SiC材料的综合品质因子为8072.92,是常用光学材料的3～8倍,高体分SiC/Al复合材料的综合品质因子为1687.50,为常用机械材料的5～9倍。对遥感器的主框架进行了模态分析和试验,验证了分析计算模型的正确性;对遥感器进行了空间环境下光机热的集成计算,得出了在空间环境下遥感器的光学传递函数。计算及实验证明,这些材料的应用提高了遥感器的机械性能和热性能,提高了TMA轻型空间遥感器的空间适应能力。

摘要：针对轻小卫星相机质量更轻、性能更好的设计要求,对空间某中等口径的长条形反射镜提出一种基于中心支撑形式的轻型优化设计方法。选用背部中心单点支撑形式,不仅从整体上减小了反射镜及其组件的质量,而且大大简化了支撑结构的设计。采用多目标集成优化的方法,提高了反射镜在Z向重力工况下的面形精度。设计了适用于中心支撑的柔性支撑结构,克服了中心支撑刚度低、动态可靠性差的缺点。仿真分析了反射镜及其组件的综合性能,并与背部三点支撑形式进行了比较。结果表明,中心支撑的反射镜质量更轻(3.36 kg),与实体反射镜相比,轻量化率达到了87%,组件质量也较三点支撑减小了24%;在X、Y、Z三轴方向1 g重力工况下的面形精度RMS值分别达到2.2、2.1、7.5 nm,优于三点支撑形式;4℃均匀温升载荷工况下的面形精度RMS值为2.8 nm,远小于设计要求的RMS≤12 nm;反射镜组件的一阶固有频率为135 Hz,重力作用下镜面的最大刚体位移为3.96μm。该设计在极大地减小了反射镜及其组件质量的同时,保证了反射镜的面形精度和组件的动、静态刚度,满足设计要求,为同类型空间反射镜的轻型优化设计提供了一种新思路。