月基极紫外相机反射镜组件的设计

为了使月基极紫外相机反射镜组件在月球环境下具有良好的力学和热学稳定性,从而保证相机的成像质量,本文针对月基极紫外相机所处的严酷的力学和温度条件,设计了一种满足月球环境的反射镜组件结构.通过对反射镜组件有限元模型的重力分析、热载荷分析、动态刚度分析以及结构强度分析,结果表明反射镜组件的一阶谐振频率达到354 Hz,在1 g重力作用和△T=50℃均匀温变作用下镜面综合面形误差RMS值分别达到3.62 nm和2.46 nm,满足反射镜面形要求.最后,通过静力学面形检测、力学试验、温度适应性试验及成像分辨率测试,结果显示反射镜镜面面形精度RMS值优于14 nm,反射镜组件的设计满足总体指标,验证了该方案的合理性.     

月基极紫外相机多层膜反射镜

月基极紫外相机用于月球表面对地球等离子体层辐射出的30.4 nm谱线进行成像观测,多层膜反射镜是月基极紫外相机的重要光学元件。根据月基极紫外相机技术参数,选择了B₄C/Mg,B₄C/Mg₂Si,B₄C/Al,B₄C/Si,Mo/Si等材料,对其周期厚度、材料比例、周期数等参数进行优化。计算了以上材料组合在30.4 nm的反射率曲线。考虑到月球环境的特殊性和材料的物理化学性质,从中选择出Mo/Si和B₄C/Si两种组合,利用磁控溅射进行镀制。Mo/Si和B₄C/Si多层膜在30.4 nm反射率分别达到15.3%和22.8%。     

长条型SiC反射镜轻量化及支撑结构的设计

从满足空间光学遥感器反射镜在复杂工况下综合面形误差要求的角度出发,介绍了长条型反射镜柔性支撑结构材料的选择,讨论了反射镜轻量化及柔性支撑结构的设计方法,采用有限元法进行了工程分析及多次迭代优化,设计出了一种在不同重力方向下引入面形误差变化量RMS值小于λ/40(λ=632.8nm)的反射镜柔性支撑结构。检测实验证明,各项指标均满足设计要求。     

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...     

超轻量化碳化硅扫描反射镜组件设计

为实现(165mm×96mm)矩形扫描反射镜组件的轻量化并保证反射镜面形精度与组件支撑刚度,提出了一种锥套柔节一体化的背部支撑方法,实现了重量小于0.5kg的超轻量化碳化硅反射镜组件设计。镜体材料的选择为碳化硅,支撑结构材料选择了铟钢。通过有限元仿真对扫描反射镜组件进行了仿真分析,并采用ZYGO干涉仪对实际的反射镜组件进行了检测。实验表明,在各方向重力的工况和轴系驱动时的扭矩作用下,扫描反射镜面形误差的均方根值(RMS)最大值为9.705nm,实际测试结果为10.125nm,误差为4%,满足RMS值优于12.6nm的要求;组件一阶固有频率302.25Hz,满足刚度要求。研究结果表明,锥套柔节一体化背部支撑方法合理、有效,解决了结构超轻量化与结构刚度、光学面形精度难以同时保证的难题。     

空间遥感相机长条反射镜组件的动力学特性分析

空间遥感相机长条反射镜较圆反射镜的整体刚度相差很大,整个组件在随火箭发射过程中因力学环境引起的自身位置改变导致面形的微小畸变从而对成像质量造成严重影响。因此,反射镜组件的设计就成为整个相机系统研制的重点与难点之一。对其进行科学、严谨的力学环境仿真是设计中的有效辅助手段。对某相机的长条反射镜组件动力学响应进行了较为深入的研究,借助MSC-patran,用有限元法进行了求解。获得了组件的动力学特性。     

空间相机反射镜组件的随机振动疲劳分析

针对空间相机反射镜组件在随机振动试验中出现的疲劳破坏问题,为了保证结构的安全,应用有限元方法预测结构随机振动疲劳寿命。首先建立了反射镜组件有限元模型,然后进行了模态和频率响应分析,最后利用MSC.Fatigue软件结合材料S-N曲线和载荷谱进行了随机振动疲劳分析。通过分析得到反射镜组件的疲劳寿命最小为80235s,其位置在柔性支撑结构的十字筋处。结果表明,反射镜组件的疲劳寿命远大于试验的所需时间,满足设计要求,可以对材料的选取和结构的优化设计做出快速响应,为结构随机振动疲劳寿命的研究提供参考和依据。     

小型反射镜支撑方案的设计与分析

从满足空间小型光学遥感器反射镜在复杂的工况下综合面形误差要求的角度出发,介绍了长圆形小型反射镜及其支撑结构材料的选择,讨论了反射镜柔性支撑结构的设计方法,运用CAD/CAE工程分析软件对其进行了分析和优化,应用有限元法优化出了一种合理的反射镜柔性支撑结构。经过动力学试验验证,证明了该结构具有足够的动态特性。     

一种小型空间反射镜支撑结构的设计与分析

为了确保成像质量,空间光学遥感器反射镜既要满足在重力和温度耦合的复杂工况下面形误差的要求,同时还应具有良好的动态特性.设计了一种圆形小型反射镜,并类比反射镜径向挠性安装原理设计其柔性支撑结构.采用CAE有限元分析软件对该反射镜的柔性支撑结构的参数进行了优化,最终确定了一种合理的柔性支撑结构.经过分析计算,该柔性支撑结构...     

视频空间相机Φ330mm口径主镜组件设计

为满足视频空间相机中反射镜组件的轻量化、高刚度、高稳定性和短加工周期的要求,采用基于ZERODUR微晶玻璃的背部单拱形镜体轻量化方案,设计了一种外圆芯轴粘接的柔性支撑结构.通过有限元工程分析与基于响应面优化设计,确定了支撑结构的最优尺寸.对反射镜组件进行了模态试验,并完成了镜面的非球面光学加工与检测.试验结果表明:主镜组件的一阶自然频率为332.5 Hz,与分析结果之间的相对误差为2.5%;主镜组件在绕光轴分别旋转0°、120°与240°方向进行光学检测时,面形精度均方根值均优于λ/40,实现了地面重力对反射镜面形检测零影响,组件满足设计要求.     

嫦娥三号极紫外相机几何定位方法及其应用

针对嫦娥三号极紫外相机影像由于缺少控制点约束而无法沿用地球遥感影像几何定位方法的现状,研究了极紫外相机的工作原理、涉及的坐标系统及其转换关系,提出了一种基于星上遥测参数和严格坐标转换关系的几何定位方法,进行了影像数据几何定位及定位精度分析.研究结果表明,该方法能够解算影像拍摄时刻极紫外相机光轴在太阳磁层坐标系中的指向,以及着陆器在该坐标系中的位置,精确定位影像中地球质心的位置,校正相机光轴指向在原始影像中对应的位置,确保极紫外相机探测数据的科学应用价值,实现嫦娥三号空间环境探测的科学目标.     

空间相机中变形镜的结构设计

设计了一种适用于空间环境的变形镜装置,以校正高分辨率空间相机中大口径主反射镜的波像差.讨论了空间相机用变形镜的设计准则,确定了该变形镜的结构形式;给出了具体的结构组成和材料组合,并设计了柔性结构.仿真结果表明,该结构在z向重力工况下RMS值仅17.2nm,4℃温升时的RMS值仅为3.7nm,且一阶频率为1 015Hz,各模拟空间工况下的反射面经主动展平后,均可获得近似的标准平面;该结构能够较准确地拟合前36项泽尼克多项式所对应的基元波面,残留误差较小,不仅具有良好的力学性能和热稳定性,还能保证变形镜的像差校正能力得到充分发挥,从而满足空间相机的使用需求.     

一维和双层二维光子晶体太阳能电池背反射器

利用a-Si∶H和SiO2等介质,设计了一种由一维光子晶体和双层二维光子晶体组成的非晶硅薄膜太阳能电池背反射器.利用时域有限差分法对该背反射器在入射光波长范围为300~1 100nm波段的反射率和透射率进行仿真,计算不同结构参量下非晶硅太阳能电池短路电流密度并进行比较分析,最终得到了最佳背反射器结构.结果表明:设计的太阳能电池背反射器能够有效地延长入射光在太阳能电池吸收层的传播路径,有助于缓解太阳能电池吸收层厚度对电池吸收效率的影响,提高了电池吸收层对入射光的吸收效率.一维光子晶体和双层二维光子晶体结构的背反射器可以大幅度提高电池的光捕获能力,将非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高到31.96mA/cm2,较常用的Ag/ZnO背反射器结构非晶硅薄膜太阳能电池提高了51.0%.     

重力作用下平面反射镜变形研究

应用有限元方法对干涉仪的装配前后的平面反射镜进行了静力学分析, 对其在重力作用下水平和垂直放置时进行了分析, 通过计算镜面变形的PV值和RMS值来评价是否超差及固定反射镜的结构是否合理. 并通过Zernike多项式拟合进行了数据处理, 分解出了引起的像差成分, 并相应地提出了提高像质的措施.     

光纤F-P腔反射面的形变与传感应用研究

建立了反射端面为弧形形变的光纤F P传感腔数学模型.将弧形形变的F P腔等效为阶梯分布的、环状、平行端面F P腔体的组合,结合多光束干涉理论,利用光强叠加处理方法对弧形腔输出光强进行数学建模.依所建模型仿真,提出弧形端面曲率大于300 μm时,利用弧形形变特性进行传感测量的可行性.选取腔长变动大、形变弧度小,平衡状态稳定性高的形变端面保证传感腔的高灵敏度和稳定的工作点.     

超高速摄影仪中铝转镜的模态分析

在有限元计算技术基础上,利用动力学理论提出了超高速摄影仪中转镜的模态分析方法,它能够较为精确模拟出任何结构转镜的固有频率及对应的振型.对三面体铝合金转镜的模拟结果表明,运用该方法设计转镜的临界点,可保证实际运转中临界点出现在选定的转速范围.     

月基对地观测跟踪转台设计与分析

针对登月过程严酷的力学条件、月球表面复杂的环境特征以及严格的重量要求,设计了一种可适用于月基观测的跟踪转台.该转台主要由水平轴系及驱动机构和竖直轴系及驱动机构组成,采用霍耳元件作为位置检测元件,其综合指向准确度≤0.1°.基于有限元分析方法确定转台结构方案、优化主要支撑件结构及合理选材,并对驱动机构与轴系对转台刚度、温度适应性和指向准确度的影响做了深入分析与计算.同时进行了整机的力学模拟试验和运动机构的高低温试验,一阶谐振频率为49 Hz,在-40 ℃ ～+80 ℃温度范围内工作正常.结果表明转台各项性能指标满足工程任务要求,具有结构紧凑、可靠性高、重量轻的特点.     

ITER聚变装置重力支撑静应力数值模拟

应用ANSYS软件对ITER聚变装置重力支撑结构进行了静应力有限元分析,模拟了重力支撑在工作过程中多种工况的应力变化情况。静应力计算结果表明,支撑结构各部件的应力低于材料的许用应力极限,因此支撑结构,尤其是21块韧性板部件能在各种工况下安全运行。     

提高极紫外光谱纯度的多层膜设计及制备

极紫外光刻是实现22nm技术节点的候选技术。极紫外光刻使用的是波长为13.5nm的极紫外光,但在160～240nm波段,极紫外光刻中的激光等离子体光源光谱强度、光刻胶敏感度以及多层膜的反射率均比较高,光刻胶在此波段的曝光会降低光刻系统的光刻质量。从理论和实验两方面验证了在传统Mo/Si多层膜上镀制SiC单层膜可对极紫外光刻中的带外波段进行有效抑制。通过使用X射线衍射仪、椭偏仪以及真空紫外(VUV)分光光度计来确定薄膜厚度、薄膜的光学常数以及多层膜的反射率,设计并制备了[Mo/Si]40SiC多层膜。结果表明,在极紫外波段的反射率减少5%的前提下,带外波段的反射率减少到原来的1/5。