长焦距航空遥感器多框架复合热控设计

长焦距航空遥感器对温度变化极为敏感,为了保证极端条件下航空遥感器内部的温度水平和均匀性,实现对地面景物信息的有效采集,对某型长焦距航空遥感器的热控系统进行了设计.首先,分析了温度变化及温度梯度对光学系统折射率、面型、焦平面位置及像差的影响.然后,阐述了传统的热控设计的局限性,并对设备进行了多框架复合热控设计.最后,通过计算给出了系统的热控性能指标,通过仿真分析和实验对三种设计方式进行了比较.实验结果表明:多框架复合热控设计可以将设备内部的温度稳定在19℃±1℃范围内,基本消除了光学系统的温度变化和温度梯度,与常温环境成像分辨率60 lp/mm对比,图像分辨率无下降解决了该设备在低温环境下无法成像的技术难题.

复合材料在长焦距空间光学遥感器上的应用

对碳纤维增强聚合材料(CFRP)和碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料在空间光学遥感器的应用进行了介绍,并以某长焦距空间光学遥感器的主支撑结构为例,对应用不同材料时遥感器的质量、固有频率、热位移等进行了研究。研究结果表明:应用复合材料能够使主支撑结构质量降为278kg,从而降低发射成本;结构具有较大的刚度,固有频率为156.09Hz,满足设计指标;可以更加有效控制结构热变形引起的光学元件刚体位移,提高成像品质。文章对复合材料更好地应用于长焦距空间光学遥感器,具有一定的参考价值。

基于光学自由曲面的离轴三反光学系统

为了研制长焦距大视场离轴三反空间光学系统,描述了自由曲面光学数理模型,设计了基于自由曲面的离轴三反光学系统。针对焦距为4 500mm,成像视场角为11°,系统总长与焦距的比值为1/3的光学系统,对比分析了传统离轴三反光学系统和次镜为自由曲面的离轴三反光学系统的关键性能。在提出的光学系统中次镜采用自由曲面设计,提升了光学系统的像差平衡能力;最终选用相对孔径为1/9.5的设计方案,使光学系统全视场平均波像差优于0.030λ(λ=632.8nm),平均传递函数优于0.434(71.4lp/mm),接近衍射极限;在同等条件下系统设计传递函数比传统离轴三反系统提高5%以上。优化设计后光学系统自由曲面次镜与理论球面偏差为1.1λ,采用定制的标准球面镜结合基于数字样板的非零位检测方法可完成面形实时高精度检测,解决了大口径凸自由曲面检测的难题。结果表明,采用基于自由曲面次镜的空间光学系统,具有体积小、技术可实现性强、波像差和传递函数等关键性能优越等优点。