天文巡天相机制冷机隔振设计

为了保证天文巡天相机整体性能,减少制冷机振动对主焦面和光学成像的影响,从隔振基本理论出发,利用有限元分析软件对巡天相机动态特性进行仿真分析,根据仿真分析结果与制冷压缩机振动特性,对制冷机隔振器进行相应的设计。比较隔振前后仿真分析结果,并验证其是否满足发射环境,结果表明隔振效果明显且能够满足发射要求。对制冷机隔振器的选择具有重要指导意义。

天文巡天相机冲击响应谱分析及研究

为了验证天文巡天相机结构能否承受火箭的发射冲击环境,并为电动振动台提供一种有效的时域波形合成方法以模拟发射冲击环境,根据冲击响应谱时域合成一般原理,采用合成小波法,将冲击响应谱转换为时域波形,并使用改进的递归数值滤波法将生成的时域波形再转换为冲击响应谱,通过对各个小波分量的幅值参数优化迭代,使最终的冲击响应谱满足试验规范,再对各个小波分量的延迟时间参数优化迭代,使时域波形的加速度峰值在电动振动台的许可范围以内。建立天文巡天相机结构有限元模型,以冲击响应谱作为输入对巡天相机进行响应谱分析,以合成的时域波形作为输入对巡天相机进行瞬态分析。响应谱分析与瞬态分析结果最大应力值分别为726MPa和757MPa,均超过了结构屈服极限,表明相机无法承受发射冲击环境,两者重合度很好,证明了合成的时域波形的有效性。

巡天相机旋转对开式机械快门激振力的补偿抑制

巡天相机是2 m口径空间天文望远镜最主要的科学终端之一。巡天相机采用旋转对开式机械快门,在快门开合时产生的激振力将影响成像质量。为了解决这一问题,该文建立了旋转对开式机械快门的动力学模型,提出了激振力的动态补偿方法:结合凸轮运动动态性和杠杆反向补偿、放大原理,以杠杆惯性力动态补偿快门激振力的方式实现激振力抑制;基于激振力残差最小原则,使用单纯形法优化获取凸轮曲线。通过快门运动学仿真分析表明,在动态补偿方法前后的激振力为2.38 N和0.29 N,抑制率87.8%,解决了包络限制下旋转对开式快门激振力的抑制问题。

太空中最深情的眺望 哈勃太空望远镜巡天掠地16载

1990年4月24日,一架质量超过11吨、主镜面直径2.4米、装备多种观测设备的哈勃太空望远镜被送到离地面几百千米的环地轨道上。由于它不受地球大气层干扰,能以前所未有的精度对天体进行观测,因此,其性能远远超过装置在地面上的望远镜。从此,翻开了太空观测崭新的一页。

大口径机械快门驱动曲线优化及激振力抑制

巡天相机大口径机械快门旋转产生的微振动是巡天相机的主要扰动源之一。微振动将降低空间光学望远镜的成像分辨率,而快门受到空间和质量的限制无法采取静动平衡抑制措施;快门运行频率非常低,仅为0.77 Hz,传统的被动隔振方法不能兼顾其隔振效果和支撑刚度。本文使用对开式快门结构形式来对消两转轴平面内的激振力,使两转轴平面法向的激振力加倍。根据对开式快门特点,本文提出了基于驱动曲线优化的激振力抑制方法,通过建立机械快门的激振力数学模型,以两转轴平面法向激振力峰值绝对值最小为优化目标,采用单纯形法优化快门驱动曲线。仿真实验表明:微振动的中高频成分得到充分抑制,转轴轴向激振力幅值由0.73 N降低至0.018 N;两转轴平面法向激振力由2.92N降低至1.72 N,降低了41%,由此验证了数学模型的正确和优化方法的有效。该方法可应用于其它类似旋转机构的减振设计与优化中。

差之毫米 失之百亿光年——从“哈勃”太空望远镜故障谈起

哈勃太空望远镜简称HST,以“星系天文学之父”,现代观测宇宙学的奠基者、著名的宇宙大爆炸理论创始人,美国已故杰出天文学家埃德温·哈勃的名字命名。它于1990年4月24日由“发现”号航天飞机送入太空。8年多来,为科学家们提供了大量极有价值的天文图象和数据资料。

Kalman滤波算法在高精度星点定位中的应用

空间巡天相机稳像系统的控制精度要求高,对导航星传感器提出了更高的要求。为提高导航星传感器的精度和带宽,提出了一种采用预测开窗和Kalman滤波相结合的星点定位方法。利用陀螺测量的三轴角速度信息,推导建立星点粗位置预测方程,得到星点的粗位置,在CMOS探测器上以预测点为中心的较小邻域范围内开窗,可提高运算速度。利用Kalman滤波算法对星点位置进行校正,最终得到高精度的星点位置。仿真实验结果表明,相比于传统的质心法,平均每帧图像处理时间从59ms减少到27ms,定位结果的标准差从0.1pixel减小到0.04pixel。提出的方法是一条提高星点定位运算速度和精度的有效途径,可为我国巡天相机导航星系统的研制提供一定参考。

哈勃空间望远镜拍摄的新图像

由“哈勃”最近安装的高新巡天照相机(ACS)拍摄的河外天体的图像。上左是室女座红色的类似星系的天体。上中和上右是“哈勃”的广角照相机(WFPC)和ACS拍摄的近距类星体3C273。下面两幅是一颗年龄仅有500万年的恒星的星周盘。这颗年轻恒星称为HD141569A。左边的图像显示了在空间所看到的恒星和盘。从地球上看时这个系统稍有倾斜。右图描绘了如果天文学家能够从其上面观测时所能看到的情景。