充气平衡法减小超轻反射镜加工中的网格效应(特邀)

对于传统蜂窝夹芯结构的反射镜,因加工过程中网格效应的存在,反射镜的面板厚度和蜂窝尺寸之间彼此关联制约着,严重影响反射镜的轻量化设计。针对蜂窝夹芯结构的超轻ULE反射镜,提出了一种充气平衡式减小网格效应的加工方法,运用控制变量法,通过实验比对了正常加工和充气平衡式两种研抛状态下网格效应的变化。实验结果表明:当反射镜面形精度RMS达到1/10λ(λ=632.8 nm)以上时,正常加工的面形图存在明显的网格效应,而充气加工则没有,可见反射镜内部充气可有效平衡加工压力,使反射镜在加工过程中有筋区域和无筋区域的变形趋于一致,从而有效减小网格效应。

Φ510mm SiC超轻量化反射镜的设计与有限元分析

针对Φ510mmSiC超轻量化反射镜的研制,提出了一剖面为船型、内部为正三角形、面板加密呈正六边形的轻量化结构。当设计重量为1.85kg时,通过调整各个结构参数与另外两种相同重量的轻量化结构进行了比较。结果表明,在同样背部6点支撑作用下,该超轻量化结构在光轴指向天顶时由自重引起的面形(RMS)具有较大优势。利用Patran\Nastran有限元软件模拟计算了该超轻量化反射镜在光轴水平状态下的自重镜面变形,并对其进行了热力学及动力学特性分析。分析结果显示,该超轻量化反射镜各项指标均能满足使用要求。最终,根据设计结果试制加工了一块镜坯,初步加工后的重量约为2.2kg,面密度约为10.8kg/m2,已达到目前SiC超轻量化反射镜的先进水平。

大口径超轻型反射镜定位和支撑方案研究

地球静止轨道光学遥感器的发展以及遥感器分辨率的不断提高,使得光学遥感器的口径越来越大,大口径反射镜正在成为制约遥感器性能、质量和研制成本的关键因素。本文主要围绕2m口径的超轻型反射镜开展研究,分析了定位和支撑系统的主要功能,提出了适合大口径、超轻型反射镜的定位和支撑系统方案,分析了该方案的基本原理和实现形式。

超轻量化SiC反射镜的制备及性能

采用真空辅助凝胶注模和反应烧结法制备了面密度分别为9.35和11.7kg/m2,直径分别为200和500mm的两块超轻量化SiC反射镜,检测了反射镜的主要性能。结果显示:由于在真空环境下浇注,坯体没有宏观缺陷。材料中细小SiC颗粒的存在使材料具有相对较高的抗弯强度(335 MPa)和断裂韧性(4.5 MPa·m12)。此外,反射镜材料金相组织中未出现明显的SiC颗粒定向排列,具有较好的各向同性度:不同方向热膨胀系数差异小于3%,模量差异为1.3%。镜坯经过光学加工后面形误差(RMS值)为0.043λ(λ=632.8nm),表面粗糙度(Ra值)优于5nm。实验表明,真空辅助凝胶注模成型结合反应烧结工艺制备的超轻量化SiC反射镜各方面性能良好,适用于制备空间相机用反射镜。

超轻量化SiC反射镜的优化设计

针对空间光学遥感器对大口径主反射镜质量轻、面形精度高的要求,设计了一种超轻量化SiC反射镜。首先确定反射镜的轻量化方案,之后采用集成优化方法,在ISight软件平台上集成几何建模、有限元分析和面形拟合等设计流程并自动化运行。反射镜结构参数为优化变量,镜体质量和面形精度RMS值为目标函数。采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对集成优化模型进行多目标、全局性的优化求解。最后结合制造工艺调整优化结果,得到反射镜的最终设计方案并仿真分析。结果表明,反射镜的质量为11.4 kg,面密度为37 kg/m^2,光轴水平工况下面形RMS值为1 nm,一阶自由模态频率为1100 Hz。结果验证了所提出的集成优化方法的有效性。

超轻量化空间主动反射镜技术

空间用轻量化反射镜可以用弹性薄板作反射面,用带驱动器的刚性轻量化框架作支撑结构制成。反射镜的面形精度通过测量波阵面的反馈信息调节驱动器来主动地保持。美国亚利桑那大学已制成两个这样的反射镜。一是为NASA制作的2mNGST反射镜系统样品,其面密度为13kg/m2,这个反射镜已通过低温检验,另一个是50cm反射镜,其面密度仅为5kg/m2。本文讨论了这两个反射镜的制作过程。