FAIR二极超导磁体样机结构稳定性的初步研究

冷质部件的支撑是FAIR二极超导磁体样机中的关键部件,它们对于保持线圈的空间位形起到至关重要的作用,因此,对其开展稳定性的研究是十分必要的。为此,文中基于压杆稳定的理论和有限元法,对支撑进行了稳定性的研究,为支撑力学性能的评估、结构的优化设计和磁体样机的工程设计提供了参考依据。     

3.5 m口径空间望远镜单块式主镜技术展望

主反射镜的口径大小与结构形式在极大程度上决定了空间望远镜的技术难度与经济成本。为了实现更高的空间分辨率与更强的信息收集能力,各国研制的空间望远镜主反射镜的口径朝着越来越大的趋势发展,从“哈勃空间望远镜”（HST）的2.4 m,到“新世界观测者空间望远镜”（NWO）的4 m,甚至到“先进技术大口径空间望远镜”（ATLAST）的8 m,无不体现了对超大口径空间观测能力的追求。而单块式主镜凭借其支撑技术的可靠性与经济性,正成为超大口径空间望远镜的首选。通过对国外研制的超大口径空间望远镜的论述与分析,探讨了目前空间望远镜中超大口径主反射镜的关键技术与发展方向。针对目前国内运载能力与光学制造加工能力的极限,提出了建造基于3.5 m口径主镜的空间望远镜设想。     

基于两级摆杆结构的超低频垂直隔振系统

在许多精密科学实验和测试中,对地面垂直振动的有效隔离影响着实验结果和测试结果的精度.本文提出一种全新的两级摆杆结构的超低频垂直隔振系统,在原理分析的基础上,设计并实现了该系统的样机.两根水平摆杆放置在同一竖直平面,绕各自铰链旋转,上摆杆通过普通弹簧悬挂于基座,下摆杆通过零长弹簧悬挂于上摆杆.系统通过光电探测方法检测两根摆杆的夹角作为误差信号,经过闭环控制将反馈力作用于上摆杆,使两根摆杆的夹角为零.零长弹簧悬挂点的位置与系统刚度有着密切关系,通过精细地调节弹簧悬挂点的位置,合理地设置控制参数,可以实现一个本征频率低至0.01 Hz的系统.理论上,该系统相对于被动式垂直隔振系统具有更好的隔振效果和抗干扰能力,相对于传统的主动式垂直隔振系统体积更小,结构更简单,有望应用于精密物理实验和科学研究当中.     

空间薄膜反射镜的研究发展现状

空间薄膜反射镜由于具有面密度低,易于折叠展开且成本低等优点很好地满足了空间反射镜的超轻量、超大口径的要求,因此在空间科学研究领域倍受关注。介绍了空间薄膜反射镜的发展,包括薄膜反射镜的理论基础,充气式薄膜反射镜和静电拉伸薄膜反射镜及其他类型的反射镜的代表成果。而后对空间薄膜反射镜的技术难点进行了分析;重点讨论了薄膜反射镜用聚酰亚胺薄膜的生产情况以及薄膜反射镜的面形控制、面形检测和反射镜支撑结构的设计。最后总结了反射镜近期的研制情况、存在的问题和应用发展趋势。认为空间薄膜反射镜作为国内外空间科学的热点,在未来的几十年内将在航天领域的太空望远镜、空间侦察相机、人造太阳、微波天线等方面得到广泛应用。     

空间大口径望远镜稳像系统发展现状及趋势

介绍了目前国际上已发射及正在论证的大型空间望远镜的稳像控制系统,主要包括自由飞行模式的HUBBLE、JWST、ATLAST-8m和ATLAST-9.2m,载体搭载模式的SOFIA和OPTⅡX。详细论述了这些空间望远镜稳像系统的组成、工作原理、主要元件、性能指标和控制算法,并对基于磁悬浮技术的无扰动载荷设计概念和机械臂直接驱动空间相机的设计思想进行了介绍。分析表明,基于机械臂和磁悬浮技术的精密稳像及主动振动抑制系统是未来的发展趋势。     

大型矩形准直镜柔性支撑系统的多目标优化设计和稳定性分析

针对极大望远镜矩形准直镜设计了一种新型柔性支撑系统,即由6根空心圆柱杆为支撑主体的侧面支撑结构。利用多目标优化算法对柔性支撑系统的结构参数和位置参数进行优化设计,并对优化后的柔性支撑系统进行稳定性研究。优化后的准直镜柔性支撑系统在自重条件下镜面最大PV值为168.23 nm,RMS值为30.306 nm,质量为229.21 kg,满足设计要求。当环境温度变化范围在20 ℃～23.7 ℃内,不会对准直镜性能产生影响;此外,地面随机振动不会影响准直镜工作性能和破坏支撑结构。研究结果表明:准直镜柔性支撑机构的多目标优化设计全面考虑了准直镜柔性机构形状参数、机构安全可靠性和光学面形形变等多学科之间耦合问题,设计者可按需选择全局范围内最满意的最优解,这将大幅度降低开发成本和周期。     

基于ZEMAX和Python软件的空间引力波望远镜光程差算法研究与实现

利用光学设计软件ZEMAX和Python软件联合实现空间引力波望远镜光程差(optical path difference, OPD)精密求解;通过动态数据交换(dynamic data exchange, DDE)实现ZEMAX软件和Python软件数据交换:首先,Python软件对有限元分析后望远镜镜面数据进行处理,并将分析结果通过DDE传输给ZEMAX进行光线追迹;其次,ZEMAX软件对追迹后的光线坐标再通过DDE传回Python软件;最后,Python软件通过全局坐标系,计算刚体平移带来的光程差和波前的变化。模拟1 mK温度变化下引力波望远镜的受力变形,通过ZEMAX软件和Python软件求解空间引力波望远镜光程差和波前变化,结果表明光程差精度为1e-13米量级,完全可以满足望远镜皮米级稳定性精度要求。本研究可为后续引力波望远镜光机结构方案设计中光程差分析提供技术参考。     

激光导引星倾斜探测的非等晕性

传统的激光导引星(LGS)由于激光发射与接收光路的限制,导致难以利用激光导引星来探测大气倾斜量变化。其中重要的一个解决方案就是利用辅助望远镜,从侧面对激光导引星进行探测,从观测到的激光导引星带状拖影中提取出大气倾斜信息。随着激光带拖影长度的增加,必然导致其出现非等晕现象。给出了激光导引星带状拖影上两球面波之间的Zernike多项式展开系数角度相关函数。从相关性的角度分析了导引星高度、大气湍流强度以及接收望远镜口径对激光导引星带状拖影的非等晕性的影响。此外,基于激光导引星倾斜探测方案的非等晕限制,给出了Na层激光导引星倾斜量探测方案中的辅助望远镜视场限制。     

利用阻尼技术改善反射镜组件动态性能

反射镜支撑结构通常需要具有一定的柔性来保证其面形精度,但这将引起结构固有频率降低,使得结构抵抗振动的能力下降.针对这一问题,开展了利用阻尼技术改善反射镜支撑结构动态性能的研究.建立了反射镜组件、相机机身和基础耦合的动力学模型,推导出系统传递函数、模态阻尼、振型等参数,并据此进行了理论分析.重点分析了在反射镜部分增加阻尼...     

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/TM...     

拼接式编码器测角误差分析及试验

根据望远镜测角系统的精度需求,分析了影响拼接式编码器测角精度的误差源,以及多读数头测角消差原理,确定了采用相位相差90°的4读数头的测角方式。在某望远镜方位轴系转台进行了逆时针和顺时针方向的测角试验,通过对测角数据进行谐波分析并补偿后,得到两组实验测角误差RMS分别为0.34"、0.38"。实验表明,相位相差90°的均布4读数头的测角方式消除了由轴系误差、编码器安装位置误差和钢带安装盘部分圆度误差对测角精度的影响,实现了亚角秒级测角的目的。研究结果可用于大口径望远镜设计阶段的误差分析与分配、预估测角精度,为降低设计和加工误差提供参考。     

Space solar telescope in soft X-ray and EUV band

In this paper we have reviewed our achievements in soft X-ray and extreme ultraviolet (EUV) optics. Up to now, the research system of soft X-ray and EUV optics has been established, including light sources, detectors, calibrations, optical testing and machining of super smooth mirrors, and fabrications of multilayer film mirrors. Based on our achievements, we have developed two types of solar space telescopes for the soft X-ray and EUV space solar observations. One is an EUV multilayer normal incident telescope array including 4 different operation wavelength telescopes. The operation wavelengths of the EUV telescope are 13.0, 17.1, 19.5 and 30.4 nm. The other is a complex space solar telescope, which is composed of an EUV multilayer normal incident telescope and a soft X-ray grazing incident telescope. The EUV multilayer normal incident telescope stands in the central part of the soft X-ray grazing incident telescope. The normal incident telescope and the grazing incident telescope have a common detector. The different operation wavelengths can be changed by rotating a filter wheel.     

大型光学天文望远镜风载作用分析

风载对光学天文望远镜结构和镜面的作用将直接影响望远镜的面形精度和跟踪指向控制,从而降低望远镜的像质。特别是未来大型望远镜越来越多地采用主动光学技术,风载的作用将是影响主动光学子镜的主动控制及望远镜整体性能的重要因素。回顾了大型望远镜风载作用的分析方法和随机风载的性质,详细介绍了采用风速功率谱密度方法进行随机风载分析的过程和采用有限元方法分析建模的方法;建立了一个拼接镜面主动光学望远镜的完整计算模型,研究了子镜及望远镜整体在风载作用下的静态和动态响应,并分析了风载对镜面面形和望远镜的跟踪指向精度的影响。     

一种空间超紫外望远镜在轨指向标定方法

介绍了一种不同波段的超紫外望远镜在轨指向的标定方法。此方法利用四个波段(13.0,17.1,19.5,30.4nm)的超紫外望远镜均有较高的光谱响应和能够对较强的太阳辐射光谱成像的特点,根据由不同的望远镜所获得的太阳的四个图像的变化,计算出了四个望远镜间的指向偏差。根据四个不同波段的超紫外望远镜的光学性能和太阳紫外辐射谱线的亮度优化出了具体的太阳辐射谱线,并对所选用的标定谱线的可行性进行了分析。该方法的在轨标定精度为0.1″。     

国外地基光电系统空间目标探测的进展

简要介绍了国外先进地基空间监视系统的发展现状,从地基光电系统观测空间目标的角度描述了星火光学靶场35 m口径望远镜系统及367 m口径高级光电(AEOS)望远镜系统,给出了这两种望远镜系统的工作性能和所开展的工作。通过对这两套系统的设计理念和先进单元技术的研究,对构造“用于卫星成像的地基光电系统”的相关技术进行了初步探讨;针对目前提出的“对卫星成像的大口径地基光电观测设备”的总体研制方案,提出了建造应用自适应光学技术的18 m地平式望远镜的观点,提出该系统应设计为一个功能可扩展的光学平台。     

采用负折射率材料提高空间望远镜分辨率的理论研究

传统的空间望远镜是根据分辨率衍射极限公式,通过增大系统的通光口径来提高分辨率的,但这样系统的体积和重量相应增大,增加了空间运载的难度。负折射率材料(Negative Index Materials,NIMs)的出现,为高分辨率空间望远镜的发展提供了新的思路。NIMs对含有物体精细结构信息但在真空中随距离指数衰减传播的渐失场有增益放大作用,从而使渐失场能够参与成像,实现光学系统传统分辨率衍射极限的突破。本文介绍了NIMs的研究历史,分析了由负折射产生的负群速度、逆Doppler频移、反常Cerenkov辐射、负折射等各种效应,重点讨论了采用NIMs实现望远系统传统分辨率突破的内涵和意义以及今后研究工作的重点。     

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.     

地基大口径望远镜系统结构技术综述

概述了地基大口径望远镜的发展状况,阐述了口径变大的意义及实现的关键技术途径。概括了当前大口径望远镜的应用价值。介绍了国外5种典型的大口径望远镜系统,它们代表了当前地基大口径望远镜发展的最高技术水平。从跟踪架、主望远镜筒、主镜支撑及次镜支撑调整几个方面论述了大口径望远镜的结构特点及关键技术。最后,总结了大口径望远镜系统的发展趋势,指出其光学系统已从同轴系统向离轴系统发展并极具应用前景。     

一种复合型空间软X射线--极紫外波段望远镜设计

根据空间对日观测的需要,提出了一种复合型宽波段范围的软X射线———极紫外望远镜的设计方案。该望远镜是把小结构尺寸的卡塞格林型极紫外波段正入射望远镜放置在软X射线波段,并由常用的Wolter Ⅰ型掠入射望远镜的中心部分组成。在软X射线和极紫外波段具有相同的焦距和视场角,共同使用同一个探测器,外形尺寸与相同指标的掠入射型望远镜一致,且在极紫外波段具有较高的角分辨率和光谱分辨率,适合于在空间进行对日观测使用。