月基望远镜探测能力的地面标定

采用模拟试验在地面测试了月基望远镜(LOT)的星等探测信噪比及弥散斑能量集中度,用以验证望远镜的探测能力。与传统的通过分析CCD各项参数对噪声的影响来获得信噪比的方法不同,本文提出的方法客观、直接地通过图像信息来计算星点目标信噪比,其目标信噪比测试不确定度可优于8%。在测试弥散斑能量集中度时,通过质心算法求其弥散斑能量中心,进而提出了一种星点弥散斑高斯拟合方法来拟合弥散斑能量分布曲线。这种高斯拟合方法可使弥散斑能量集中度的测试精度提高10%。最后,通过试验测试了LOT相机星等探测信噪比及弥散斑能量集中度,验证了LOT相机+15Mv的探测能力。

月基望远镜反射镜转台的热-结构耦合分析及验证

为了提高月基望远镜反射镜转台的工作性能,对反射镜转台进行了热-结构耦合分析以及试验验证和在轨验证。根据输入条件、热载荷、热边界等建立有限元模型对反射镜转台结构及主要发热部件进行了温度场计算。将温度载荷,预紧力载荷,边界条件输入结构有限元模型进行了热-结构耦合分析,得到了半封闭U型结构、高精密运动轴系、蜗轮蜗杆热变形和热应力。推导了轴系摩擦力矩的计算公式,将分析计算中的数据代入公式中获得了轴系的摩擦力矩,并根据摩擦力矩选取了合适力矩的电机。计算结果显示,左轴系在低温工况-25℃下摩擦力矩较大,达14.163N·mm;高温工况下摩擦力矩较小,55℃时为4.796N·mm。垂直轴轴系在低温工况-25℃时摩擦力矩为16.45N·mm;高温工况下由于轴系卸载,摩擦力矩为零。结果表明反射镜转台可以在-25℃^+55℃下正常工作。文中还通过试验验证和在轨验证证明了反射镜转台热-结构耦合分析的有效性和合理性。

基于月基望远镜的近地小行星观测

近地小行星监测预警是行星防御的重要一环,但是现有的近地小行星观测能力无法实现对大部分百米量级近地小行星的观测,距离行星防御对监测预警的需求仍有较大缺口。针对近地小行星监测预警体系不完善的问题,本文通过分析月基望远镜的选址和口径需求,阐明月基望远镜观测近地小行星的可能性,提出利用月基望远镜进行近地小行星观测的方法能对现有的地基和天基近地小行星监测预警体系进行补充,对近地小行星的定轨能力有较大提升,具有重要意义。

月基望远镜热设计及热分析

为了利用月球观测地球等离子体层的优势,开展了月基望远镜的研究,并对其进行了热设计和热分析。分析了月基望远镜所处的空间环境。对望远镜各个部分进行了热设计;采用被动热控措施控制望远镜的温度水平,降低空间环境的影响;采用热疏导的方式对探测器进行散热。根据月基望远镜的空间环境、结构特点,以及采取的热控措施,在I-DEAS/TMG软件中建立有限元模型,并进行了仿真分析。分析结果:光学系统部分最大温度范围为-50℃～60℃,机械结构部分为-110℃～105℃。热设计方案合理可行,满足热设计要求,其研究方法对其他舱外月基探测器的热设计具有一定的指导和借鉴作用。

月基光学天文望远镜反射镜转台的设计

为了在月球上完成天文观测任务,对月基反射镜二维跟踪转台进行了热力学分析及结构设计。采用航天轻量化法设计反射镜的二维转动机构以减少载荷重量;采用外转子机构实现垂直轴系以大大提高系统沿发射方向的一阶模态。由于水平轴系跨度较大,设计中采用了一端固定另一端游动的精密轴系,并通过合理设计深沟球轴承游隙有效解决了温度变化导致的转动机构卡死的问题,进一步提高了机构的可靠性。为了满足精度要求,系统采用蜗轮蜗杆+步进电机驱动方式,严格控制蜗轮蜗杆的加工及安装工艺。在控制中以光电开关为位置定位元件,使得转台的单轴指向精度优于60″。验证试验显示:系统发射方向的一阶谐振频率达到81Hz,它可在-25℃^+60℃温度下正常工作,其指向精度(方位及俯仰)≤60″。结果表明该转台具有精度高、力学性能好、可靠性高、重量轻等特点。

月基光学天文望远镜(LOT)的杂散光分析

杂散光分析是保证月基光学天文望远镜(LOT)成像质量的关键技术之一.本文对月基光学天文望远镜进行了详细的杂散光分析,确定了系统的一次、二次散射路径.根据重要杂散光路径提出对主、次镜内遮光罩的改进方案,对改进后系统重新分析,计算了杂散光评价指标PST.和改进前相比,PST值降低了1～2个量级,离轴角为30°以后,PST值均达到10-10量级.

嫦娥三号月基光学望远镜图像中的宇宙线识别

宇宙线事件是CCD和CMOS空间探测图像中普遍存在的现象,对目标的识别和提取造成了干扰。对于空间天文观测图像,提出了一种基于天文位置定标的识别算法,并在230帧嫦娥三号月基光学望远镜的CCD图像中,共检测到29731例宇宙线事件。与传统的拉普拉斯算法相比,本算法检测到的宇宙线事件总数多11.14%,多出的部分主要是形态与星像类似的宇宙线事件;在拉普拉斯算法检测到的样本中,98.07%可被本算法检测到;对本算法没有检测到的1.93%样本进行了检查,发现其中48.64%为恒星星像,是错误识别。分析统计了宇宙线事件在月基光学望远镜CCD靶面上的电子沉积分布,和哈勃太空望远镜的两个CCD探测器的结果对比,发现两者形态类似,但前者的峰值略高;进一步分析了宇宙线事件入射角度在CCD靶面上的二维分布,发现在两个方向上有明显超出,可以理解为探测器在嫦娥三号着陆器内部等效铝厚度较小。最后,本文提取出所有识别出的宇宙线事件的形态,建立了“CCD探测器宇宙线实体样本库”,可为空间天文望远镜图像仿真系统提供依据。

对2015年9月28日月全食期间月基光学望远镜图像中宇宙线事件的分析研究

2015年9月28日月基光学望远镜(Lunar-based Ultraviolet Telescope,LUT)在任务期间经历了唯一一次完整的月全食过程,为研究地球对太阳光的几何遮挡是否会对月面辐射环境产生影响提供了难得机遇。首先,利用月食期间连续长达2 h 27 min的电荷耦合器件(Charge-Coupled Device,CCD)天文观测图像,统计分析了月食期间的宇宙线事件计数,发现月食期间宇宙线计数不存在明显变化,在30 s曝光时间内,宇宙线事件平均计数为129.27(±15.78);其次,分析了8月、10~12月采集的CCD暗场图像中的宇宙线事件计数,分别为119.92(±6.37)次、117.00(±10.90)次、118.61(±8.94)次和123.90(±8.92)次,在1σ误差范围内,与月食期间的宇宙线事件计数一致,说明地球对太阳光的几何遮挡对月面辐射环境没有产生明显影响。最后对以上结果进行了分析讨论。

热开关热管在月面探测光学设备中的应用

在月面-180^+90℃的极端高低温环境下,月面探测光学设备的月昼远距离散热和月夜保温矛盾异常突出。针对设备热耗的传输、排散,以及月夜生存时的热能存留问题,利用热管工质的汽、液、固相变特性,提出一种无源热开关热管作为设备和散热面间长距离传热手段,即依据设备温度指标选择具有合适凝固点和传热能力的工质,当月昼工作期间通过热管内工质两相传热实现热量的高效收集和传输,到月夜期间冻结热管内全部工质,完全切断热管与散热面间的两相传热,维持设备温度。地面试验和在轨飞行数据表明,热开关热管凝固点附近热导比达30以上。热管工作时,7℃时传热能力大于15W,传热温差小于4℃,且能够适应着陆器±15°的倾斜,确保了嫦娥三号着陆器月基光学望远镜在轨的高性能工作。

光学天文望远镜400年

关于天文望远镜的历史，有几本书很值得一读。例如，《望远镜的历史》（The History of the Telescope）是1950年代出版的一部经典之作。有两部《洞察宇宙的眼睛》（Eyes on the Universe），是两位享誉世界的科普大家的作品，均极具可读性。而《观天巨眼——天文望远镜的400年》是我国天文学家兼天文普及家温学诗和吴鑫基的最新力作．也是国人详述望远镜发展史的第一部原创作品。《望远镜：它的历史、技术和未来》（The Telescope：Its History,Technology,and Future）是近来颇有影响的一部英文著作。

嫦娥三号月基光学望远镜几何定位精度分析

介绍了嫦娥三号月基光学望远镜的工作原理、涉及的坐标系统及其转换关系,研究探测数据的几何定位方法,并通过算例分析几何定位精度。研究结果显示,通过几何定位能够得到误差小于0.2°的天体天文坐标,解算精度优于月基光学望远镜的指向精度。

嫦娥三号着陆器有效载荷

嫦娥三号着陆器配置了地形地貌相机、月基光学望远镜、极紫外相机、降落相机等四种科学探测有效载荷.介绍了有效载荷的科学探测任务、系统设计方案和系统组成,描述了各有效载荷的方案设计和主要技术指标等.

光学天文望远镜的足迹

文章以较为轻松的笔调概述了光学天文望远镜400年的发展史.全文分7个部分,内容包括望远镜的诞生、像差和消色差透镜、传统的反射望远镜和折射望远镜、施密特望远镜的作用、当代巨型望远镜的出现、空间望远镜,以及对月基望远镜的憧憬.

嫦娥三号有效载荷在轨测试初步结果

嫦娥三号探测器有3个科学探测任务,分别是着陆区和巡视区域的月表形貌与地质构造调查;矿物组成与化学成分的综合就位分析;地月空间环境探测与月基光学天文观测.嫦娥三号着陆器配置了地形地貌相机、月基光学望远镜、极紫外相机、降落相机等有效载荷.巡视器配置了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪等有效载荷.本文介绍了有效载荷的探测任务,系统组成,主要技术指标和在轨测试过程中获取的部分测试结果.