大型太阳望远镜镜面视宁度的实验研究

太阳望远镜内部因太阳辐射作用使镜面升温,镜面上方产生局部大气湍流,导致镜面视宁度不佳,从而造成像质的严重衰减。文中基于温度梯度和气体流动导致固体-流场的耦合作用,提出镜面视宁度效应的形成机制,建立湍流大气光学产生镜面视宁度效应的理论,利用1 550 mm大口径双曲面镜的实验数据推导并验证镜面视宁度的实验模型,并对太阳望远镜主镜温控目标进行确定。在自然对流和强迫对流两种条件下,不同环境风速时镜面温差改变对镜面视宁度的影响。结果表明:镜面温差和环境风速与镜面视宁度相关性很强,增加主动通风可以降低镜面视宁度。温差是4℃条件下,自然对流时镜面视宁度为1.43″;温差是3℃条件下,0.2 m/s强迫对流时镜面视宁度为0.44″,1 m/s强迫对流时镜面视宁度为0.27″。根据镜面视宁度效应容差标准,在0.2 m/s强迫对流条件下,镜面-空气温差应控制在0.2 K以下;在1.0 m/s强迫对流条件下,镜面-空气温差应控制在1 K以下。此研究成果旨在揭示空气湍流的形成机理与传播规律及其对望远镜像质退化影响规律,为提升大口径太阳望远镜工作分辨率奠定基础。

平场数据采集间隔对莱曼阿尔法太阳望远镜平场精度的影响分析

莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)是先进天基太阳天文台(ASO-S)卫星的载荷之一,它包括白光太阳望远镜(WST),全日面太阳成像仪(SDI)和日冕仪(SCI)等仪器.1991年Kuhn,Lin和Loranz提出的方法(简称KLL方法)是WST和SDI在轨平场定标的方法之一.为了研究WST和SDI的平场定标精度对KLL方法的相邻位置时间间隔的敏感性,使用太阳动力学观测卫星(SDO)的日震和磁成像仪(HMI)及太阳大气成像仪(AIA)的全日面成像观测数据测试和分析在使用KLL方法时相邻位置时间间隔对所得平场精度的影响.结果显示在LST使用KLL方法进行平场定标时,相邻位置时间间隔越短越好.具体分析表明,WST平场精度对相邻位置采样时间间隔不敏感,而SDI时间间隔需要在240 s范围内.分析结果对卫星姿态调整到稳定所需的时间给出了一定限制.

Hα太阳空间望远镜热设计

Hα太阳空间望远镜具有对日光谱成像及全日面成像功能,具有多功能、高度集成化的特点。它位于卫星载荷舱内,在轨姿态多变,并且具有连续观测的工作模式,焦平面组件及电单机工作热环境苛刻,对热设计提出较高要求。通过星载一体化设计及相机结构合理布局,在卫星舱板靠近相机处预留辐射散热通道,合理设计散热面将工作热耗快速导出,保证各部组件温度满足指标要求。搭建热平衡试验平台,对高低温工况下的热分析和热平衡试验及在轨数据进行对比,同一工况下各电单机最大温差≤4℃,对热设计的正确性进行了验证。保证了Hα太阳空间望远镜在复杂空间环境下的正常工作,对此类空间太阳望远镜热控设计具有一定的借鉴意义。

太阳望远镜低时空频率波前像差校正技术

针对大口径太阳望远镜系统运行过程中由于静态位置失配误差、风载弯沉等准静态位置失配误差以及热变形等非失配误差引起的波前像差导致成像质量下降的问题,在对太阳望远镜系统波前像差时空分频的基础上,提出采用次镜刚体位移对太阳望远镜低时空频率波前像差校正的方法,建立起次镜刚体位移与像差校正量的关系,并通过数值仿真及实验验证了采用次镜刚体位移对上述来源像差的校正能力。数值仿真和实验结果表明:次镜刚体位移能够对望远镜系统运行过程中的低时空频率波前像差进行有效校正,其中,对位置失配误差校正后像差RMS值低于原值的9%,对非失配误差校正后像差RMS值低于原值的40%,对多源混合误差校正后像差RMS值低于原值的15%。

大口径地基太阳望远镜温度传感器标定方法

热控系统是大口径地基太阳望远镜的重要组成部分,它能最大限度地减小主镜面的视宁度效应和内部视宁度效应。在热控系统中,温度传感器是监控主镜表面、热光阑表面和环境真实温度的“眼睛”,因此,其精度对热控系统乃至整个望远镜的性能均有影响。针对现有商用传感器精确度不高、零点和响应曲线随时间变化而变化等缺陷,在将其组装入太阳望远镜之前,必须先对其进行标定。本工作采用一元线性回归的标定方法,通过修正传感器的响应曲线,从而提高传感器的测量精度。建立相应的实验装置,验证了该标定方法的可行性和有效性。验证结果表明,温度传感器的测量误差由1.5 ℃以上降低到0.05 ℃以下,可以满足大型地基太阳望远镜热控制系统的要求。

汪望望望远镜指南

为什么不能直接用望远镜观测太阳?如果你有机会观看天文爱好者的盛宴——日全食,一定不能直接用望远镜观测太阳。众所周知,太阳极其耀眼,我们用肉眼看太阳,眼睛会受到伤害。望远镜能够汇聚光线,如果我们不慎在没有防护的情况下直接用望远镜观测太阳,眼睛会出现不可逆的损伤,甚至失明。切记,用望远镜直接观测太阳是绝对禁止的!

我国大口径太阳望远镜拼接光学技术取得重要突破

据报道,中国科学院云南天文台近期在大口径太阳望远镜拼接主动光学技术方面,解决了边缘传感器短周期定标的频率问题,进一步完善了环形拼接方案,这意味着在该领域取得重要突破。相关成果在国际期刊《光学快报》上发表。

空间太阳望远镜主桁架的模态分析与试验

根据1m光学主镜支撑系统的特殊要求,提出了空间主桁架结构的模态分析与试验方案。运用MSC.NASTRAN软件计算求得前几阶固有频率和振型, 分析出结构存在局部模态。用自由悬挂、单点激振多点拾振法进行模态试验,CADA-X软件辨识模态参数, 结果验证了结构隐含的薄弱环节。计算与试验得到的模态参数相对误差在7.9%内,说明模态分析与试验的方案可行。分析了试验误差和结构产生缺陷的原因,为整星改进设计与光学装校提供可靠依据。

空间太阳望远镜在紫外波段成像检测中的杂散光测量和消除

针对EUV太阳望远镜在地面非工作波段预先检测时出现的杂散光问题,考虑望远镜长焦距的特点,建立了基于反射镜转动扫描原理的杂散光测量系统,测量得到了望远镜的点源透射率（PST）曲线。通过对比PST曲线和分析望远镜结构,得出杂散光的主要来源为小角度下的一级杂光,由此设计了主次镜遮光罩,并利用Tracepro软件建立望远镜的实体模型,在不同散射表面的双向散射（BRDF）值条件下计算出遮光罩的消杂光效果。对PST实际测量结果表明,在0~4°,使用遮光罩使杂散光减少3个数量级,杂光系数不超过3.65%。在分辨率成像测量中,杂散光影响得到消除,系统分辨率接近衍射极限,满足地面上紫外光波段的测量要求。

空间太阳望远镜主构架的力学分析与优化

基于航天器结构设计的特殊性,用有限元软件MSC.NASTRAN对空间太阳望远镜主构架进行了力学分析。根据敏度分析方法和优化计算要求,建立了满足结构频率和振型条件、追求重量最轻的优化模型。结合工程优化的特点,提出多种拓扑结构方案,并对主构架进行了拓扑型式比较与选优、形状优化和尺寸优化,最后对多变量优化设计的初值问题进行了探讨。经优化计算及工程处理,使主构架的总重量减少了36%,力学校验和热分析表明优化结构满足整星设计要求。

空间太阳望远镜的星载固态存储器研制

空间太阳望远镜有五个载荷仪器 ,其每天产生的数据达 172 8GB ,数据流以固态存储器为核心在星上数据处理系统各单元间调度 ,完成缓存、压缩、存储和下传 .本文分析了对固态存储器的需求 ,建立了其状态机模型 ,并确定了总体设计方案 .根据该方案用DSP和FPGA构成控制逻辑 ,用DRAM芯片阵列构成存储模块 。

空间太阳望远镜中的轻量化铍镜研究

为提高空间太阳望远镜相关跟踪系统的动态性能,验证金属铍作为可见光波段反射镜材料的可行性与可靠性,对空间太阳望远镜相关跟踪器中的摆镜进行了研究,设计与研制了Φ84 mm轻量化铍镜。利用冲击研磨工艺得到铍粉,再通过热等静压工艺和机械加工得到铍镜镜坯。使用化学镀镍工艺在镜坯基体上镀覆镍磷合金过渡层,再经过光学加工完成铍镜研制。镜面干涉检测后得到面形精度为RMS:0.012λ,PV:0.114λ,铍镜轻量化率为43.68%。检测结果满足空间太阳望远镜的技术要求。

1米太阳望远镜光谱仪像旋转及消旋控制

光谱仪是1 m太阳望远镜的主要终端设备之一,该望远镜采用地平式的机架结构和修正的格里高利光学系统。在望远镜跟踪太阳时,由于地平式望远镜的自身运动特点和光学系统中平面反射镜的存在,其光谱仪狭缝所在平面上的太阳像随时间绕主光轴旋转,因此光谱仪必须进行消旋才能正常工作。首先深入研究了光谱仪狭缝平面上像的旋转变化,分析其旋转范围、速度和加速度随时角变化的特性,然后根据光谱仪消旋精度并结合像的旋转特性提出伺服系统位置检测和驱动电机的主要性能指标,最后给出光谱仪消旋伺服控制方案。

太阳X-EUV成像望远镜

太阳X_EUV成像望远镜用来监测和预报影响空间天气变化的太阳活动,专门服务于空间天气预报研究.望远镜工作在4～10 0 的X射线波段和195 极紫外谱段,视场角4 5′,角度分辨5″,提供全日面、高分辨的成像观测.文中分析了太阳X、EUV波段的成像观测应用,介绍了X_EUV望远镜的基本设计,分析了望远镜对不同温度日冕等离子体的敏感性、对不同太阳活动现象的响应及反演日冕等离子体参数过滤片的组合利用.太阳X_EUV成像望远镜集成了掠入射望远镜和正入射望远镜两套系统,扩展了单一X射线望远镜的成像功能,能够观测更多的太阳爆发先兆现象或者伴生现象,是目前国际上同类仪器中最新的太阳成像监测仪器.

空间太阳望远镜成像镜调焦机构设计与分析

根据空间太阳望远镜成像调焦的要求,设计了一成像镜调焦机构.给出了设计的基本原理及设计方法,即步进电机驱动滚珠丝杠,丝杠通过连接杆和转向关节带动内筒.并根据设计加工制作了实物缩尺模型,进行了误差分析.最后给出了机构在锁定状态,16g重力加速度作用下的力学分析.

空间太阳望远镜太阳导行镜原理样机的研制

太阳导行镜(SGT)是空间太阳望远镜(SST)姿态控制的关键技术之一。针对 SST 姿态控制系统高速高精度的导行要求成功研制了太阳导行镜样机,该样机采用折射望远镜成像,光学口径60mm,焦距 810mm,视场 1°×1°。SGT 样机首次将 APS 器件应用于空间太阳导行,利用有源像素传感器(APS)行像素可提取的特性,以 DSP 作为数据处理器,快速提取日像边缘并完成日心坐标计算。利用 SGT 样机对太阳的周日运动进行了观测,数据分析表明,SGT 样机测量精度达到了 1.5″(3σ),数据更新率优于 30Hz,满足 SST 姿控系统的要求。

太阳辐照500m口径球面射电望远镜的温度分布

为了掌握500m口径球面射电望远镜(FAST)在太阳辐照下的温度分布,弱化它的"太阳灶"问题,保护馈源舱内相关仪器,对太阳辐照FAST温度场进行了研究,包括太阳相关参数研究、"太阳灶"问题解析及热流计算、台址地貌对FAST的阳光遮挡及不同工况下的FAST温度分布等。结果表明,FAST馈源舱温度分布不仅与反射面反射率、孔隙率和辐照时间有关,而且与馈源舱防护罩的反射率、材料、焦舱位置、微波入口直径等因素有关。当反射面反射率为0.2、孔隙率为0.4时,馈源舱最高温度为47.56℃,时间约在12∶00;反射面最高温度为68.34℃时,时间是在14∶00,此时与反射面最低温度为35.03℃时的温差为33.31℃。文章还计算了形成太阳灶的时间域,最后为FAST的相关设计及使用提出了意见和建议。

空间太阳望远镜主镜精密温度控制方案介绍

通过光-机-热集成分析,用简单可靠的热控方法,对空间太阳望远镜直径为1 m的主镜进行了热设计:采用周边绝热、将热量从正面传导到背面,再设计装有控温回路和热管的集热板,以及与卫星平台辐射器冷板连接散热,保证了主镜的温度水平和稳定性;在主镜压紧结构前设置挡光板,减少压紧结构引起的主镜温度不均匀.结果表明,利用智能型高准确度控温仪和加热回路的优化设计实现主构架均匀性热设计,采用高传热性能热管排散准直镜热反射面极高热流密度,可以消除主镜周围热环境对主镜温度影响的结论.

深空太阳天文台磁场望远镜主反射镜热分析

基于空间太阳望远镜已有的光机热集成研究,结合其运载轨道修改、观测视场扩大等因素的调整,获取了深空太阳天文台磁场望远镜主反射镜温度分布的定量结果.采用光机热集成分析法,结合主反射镜前期的支承方案,获取了主反射镜在装夹状态下的热变形定量描述.采用抛物面多项式和Zernike多项式拟合,获取了主反射镜表面热变均方差值大于λ/40(λ=533nm)的热控准确度,无法确保系统获取0.1″的高分辨率成像目标,验证了预研阶段热控方案的局限性.提出修改主反射镜正三角的机框式支撑为六点支撑的建议,为深空太阳天文台磁场望远镜热控准确度的提高、热控方案的优化提供技术参考.

羊八井太阳中子望远镜

作为一个覆盖全球的太阳中子望远镜观测网网点,与羊八井现有的28支NM-64组成的中子监测器联合,在第23太阳活动周对一个伴随X3.3级太阳耀斑可能的中子事件进行了观测。