摘要：针对大口径空间相机成像质量受重力影响的问题,提出了通过调整结构变形量来减小光学系统在轨失调量的结构优化设计方法。首先,在分析某空间相机光学系统特点的基础上,确定了相机主框架和反射镜柔性支撑的结构形式。其次,以减小次镜、三镜、双反镜、调焦镜与主镜在重力作用下的相对刚体位移、相对倾角及面形误差为优化目标,以光学系统对各反射镜的稳定性公差要求为约束条件,得到了主框架桁架杆、承力筒和反射镜柔性支撑结构的最优尺寸。最后,对相机的模态、各反射镜面形进行有限元分析,并对相机进行了正弦扫频试验和系统波像差测试,结果表明相机的一阶频率为36.7 Hz,在装调和翻转180°两种状态下,相机各视场平均波像差分别为0.0655λ和0.0701λ(λ=632.8nm),可以推测,相机入轨重力影响消失后,系统波像差能够满足光学设计要求。该相机支撑结构的优化设计方法可以作为空间相机结构设计的参考。

摘要：选择以碳纤维复合材料和钛合金为主要材料设计了某空间相机外遮光罩,介绍了遮光罩的结构特点,探讨了基于有限元法的结构优化设计理论和方法并对该外遮光罩进行了优化。以外遮光罩质量最轻为优化目标,选择遮光罩的径向厚度和光阑厚度为设计变量,以基频和自重变形为约束条件,进行最优化分析。优化结果表明,在保证外遮光罩基频基本不变的情况下,相机外遮光罩的质量由7.2 kg减少到4.4 kg,较优化前减少了38.9%。最后用有限元法对优化结果进行了静力学和动力学校核,结果比较理想,可满足设计要求。

摘要：对空间相机大功率CCD器件进行了热设计以解决其散热问题,为了验证热设计的合理性进行了CCD焦面组件的热试验。首先,介绍了以传导为主要散热措施的CCD器件热设计方案,CCD器件的热量主要通过热管传递到冷源;然后,针对整个焦面组件进行了试验规划,特别对模拟冷板进行了专门设计;最后,在真空环境下进行了综合试验。试验结果显示,功耗为10W的CCD器件连续工作70min,在12℃冷源的情况下,能够控制焦平面器件的温度<35℃。该试验验证了CCD焦面组件热设计的合理性,并为焦面组件热分析计算模型修正提供了依据。

摘要：针对目前空间相机主支撑结构设计中难于同时保证重量轻且刚度高的问题,提出了采用拓扑优化方法对空间相机光学系统主支撑结构进行优化设计的方案,并采用有限元分析法对两种空间相机主支撑结构优化设计的结果进行了检验。对卡塞格林光学系统和TMA光学系统主支撑结构进行拓扑优化后做了比较,卡塞格林光学系统主支撑结构一阶固有频率从41 Hz提高到72 Hz,重量降低了15%;TMA光学系统主支撑结构在一阶固有频率不降低的情况下,重量降低了35%。结果表明,采用拓扑优化设计方法缩短了设计周期,提高了空间相机主支撑结构的性能,有效降低了支撑结构重量,满足了系统设计要求。

摘要：设计并研制了碳纤维复合材料主次镜连接筒.根据光学设计中的公差分配,结合复合材料层合板理论,分析了复合材料铺层设计对面内刚度和轴向及周向热膨胀系数的影响,确定了最终的铺层方式.利用有限元软件分析了重力作用下及温度变化时主次镜间的位置变化及连接筒的模态分布.最后,完成了碳纤维复合材料薄壁连接筒的成型和精加工,检测了主次镜系统光学性能,并对装配完成后的相机进行了鉴定级力学试验.分析结果表明:在1g重力载荷及2℃温升耦合作用下,次镜偏心小于0.002mm,次镜倾斜小于2″,主次镜连接筒及次镜系统组合体基频达到265Hz,满足光学设计要求和结构稳定性要求.光学性能检测结果及力学试验结果表明,主次镜系统波像差满足装配要求,主次镜连接筒能够承受鉴定级力学试验考核,连接主次镜的两端响应放大仅1.7倍,体现了良好的阻尼性能.本文中研制的主次镜连接筒重量仅为6.4kg,实现了高轻量化和高刚度,满足空间相机对主次镜位置精度和稳定性的要求.

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：根据高分辨率空间相机性能要求,设计了一种倒圆角直梁复合组成的双脚架柔性减振支撑结构。首先,根据某卫星结构要求初步设计了相机底部支撑结构,建立了以随机响应为目标的优化设计模型。利用尺寸优化设计了双脚架结构支腿的柔性环节,得到柔性环节最小厚度为2.5mm。然后,对相机底部支撑结构进行了工程分析。分析结果表明,设计的支撑结构组件重量1.26kg,基频达到1 624Hz。最后,对空间相机底部支撑结构组件进行了随机振动试验,试验结果显示:与相机结构连接处的最大响应RMS值为21.4grms,随机响应最大相对放大率为0.93,满足空间相机支撑结构的减振要求。得到的结果验证了设计和分析的可靠性,对同类卫星相机底部支撑结构的设计具有一定的指导意义。

摘要：空间相机遮光罩的温度波动直接影响附近光学元件的温度波动，而光学元件的热变形将导致光学成像质量的下降。针对一种高分辨率空间相机的遮光罩，提出了几种不同的热控方案并进行了比对分析。首先，介绍了空间相机遮光罩的一般热控措施及效果并分析了影响空间相机遮光罩温度波动的外热流及传导热阻；然后通过仿真分析得到了三种不同热控方案下的温度数据及主动加热功耗数据，经过比对分析后选用了主动加热功耗少、温度波动范围小的热设计方案。最后，通过热平衡试验及在轨数据验证了选用方案的有效性。空间相机遮光罩的在轨温度范围为4.8～9.2℃，次镜温度范围为17.8～17.9℃，与仿真分析结果一致性良好，热设计合理有效，满足任务需求。

摘要：空间高分辨率遥感仪器的发射过程和在轨复杂的温度环境条件会使其光学焦平面发生偏离,从而影响相机的成像质量。为补偿相机焦平面位置的变化,本文根据高分辨红外相机的在轨应用环境以及光学设计要求,对相机的调焦机构进行了方案设计和误差分析。计算了结构误差对系统精度的影响,对不同类型结构的精度进行了归类,并利用齐次坐标变换矩阵建立了误差分析模型。同时,详细分析了误差源的特性、概率分布和变换矩阵参量间的关系。利用MonteCarlo法进行了仿真,结果表明该机构设计合理,满足仪器的使用要求。样机测试表明,该机构行程内轴向位置误差为(-0.01±0.003 6)mm,透镜最大倾斜角为25″,最大离轴量为0.005mm。目前,该机构已成功在轨使用。

摘要：桁架式支撑结构在大中型离轴三反(TMA)空间相机中使用广泛,如何提高其动力学特性是此类相机研制过程中的关键。针对桁架结构的设计问题,提出了通过集成优化确定桁架结构动力学特性最佳位置的方法,使用实验设计的手段,对影响其动力学特性的各桁架杆位置变量进行了研究,分析了该优化问题解空间的特点;为了实现桁架结构的全局最优设计,以提高支撑结构的一阶自然频率为目标,使用多岛遗传算法(Multi-island GA)进行全局寻优求解。利用有限元分析的方法,得到该桁架经优化后的一阶自然频率107.72 Hz,较未经优化的初始结构(83.45 Hz)提升了29%,效果显著。该研究提出的集成优化模型和分析方法为此类桁架结构的设计提出了新的思路。