地基望远镜塔台圆顶结构形式及设计原则

综述了地基望远镜塔台圆顶的作用及功能,给出了台址选择的基本原则。介绍了国外典型塔台圆顶的结构型式、工作特点和适用环境,以3.67 m口径先进光电系统望远镜塔台圆顶为例,分析了圆顶内热控措施的特点,从而提出了现代望远镜塔台圆顶的热设计指导原则及设计时应考虑的相关因素。最后,对望远镜基墩的设计及分析方法进行了探讨。     

大口径望远镜结构热分析

为了评估温度对望远镜的影响,针对某地基光电望远镜,建立了包括光学组件,跟踪架结构以及电控设备等在内的有限元热模型.在传导、对流、辐射以及热流等不同热环境下进行热分析,计算了望远镜光机结构的时间和空间温度分布.根据温度分布进行了热-弹性分析,得出了望远镜结构的热变形.分析表明:温度变化对望远镜跟踪架以及主光学系统的影响很大,对主次镜造成的相对位移达到毫米级,必须进行严格控制.最后从防护圆顶、跟踪架以及主镜等方面入手给出了热控设计方案.     

一种分析望远镜热稳定腔的新方法

本文报道了一种分析望远镜热稳定腔的新方法——组合透镜法。运用这种方法,成功地实现了Nd:YAG脉冲激光器的稳定而大体积TEM_(00)模运转,在1～10pps重复率范围内,振荡级的单脉冲输出能量达250mJ,输出能量起伏小于±2%。     

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.     

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.     

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.     

中国巨型太阳望远镜热光栏光学分析

中国巨型太阳望远镜（CGST）采用共轴格里高利光学系统,主镜直径8 m,焦比为1。热光栏是中国巨型太阳望远镜（CGST）的一个核心结构,安装在主焦点位置,热光栏反射掉大部分热量（约为29 kW）,但是本身也会吸收一小部分热量。对热光栏结构进行设计,运用TracePro软件模拟分析太阳中心观测,太阳边缘观测,内冕观测和超出范围观测4种情况下太阳的辐照度分布,并计算得出了热光栏各部分的辐射分布,为设计后续的冷却系统提供了数据参考。     

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ΔT=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.     

月基光学天文望远镜（LOT）的杂散光分析

杂散光分析是保证月基光学天文望远镜（LOT）成像质量的关键技术之一．本文对月基光学天文望远镜进行了详细的杂散光分析，确定了系统的一次、二次散射路径．根据重要杂散光路径提出对主、次镜内遮光罩的改进方案，对改进后系统重新分析，计算了杂散光评价指标PST．和改进前相比，PST值降低了1～2个量级，离轴角为30°以后，PST值均达到10^-10量级．     

热变形对低轨空间望远镜像质的影响分析

为了用空间望远镜实现衍射极限成像,有待解决的基本问题之一是光学表面热变形所引起的像质下降。热效应可以分为热浸泡和热梯度两类。一般来说,热浸泡主要引起焦距变化,且通常处于所允许的范围内;而热梯度则难以控制。重点分析了望远镜主镜轴向热梯度的影响,并给出了一些数值计算结果。     

1 m太阳望远镜光电导行镜无热化分析

作为1 m太阳望远镜（NVST）导行系统的重要组成部分,导行镜的成像稳定性至关重要。环境温度载荷造成的镜体变形会造成热离焦从而影响导行镜的成像质量。采用有限元方法分析NVST导行镜在-5 ℃、20 ℃和35 ℃等不同环境温度状态下的温度分布,并计算了温度变化产生的轴向结构变形,即最大离焦量为6.45 m。计算结果表明:主镜到靶面的距离变化最大值常温下为7.14 m远小于系统焦深（35 m）, 达到了对NVST导行镜无热化结构设计的目的。     

A simulation of the thermal behaviour of the UK-NL millimeter wave telescope

To keep the thermally induced average telescope deformations within 15 m, a thermal design goal has been set which limits the temperature difference between all locations in the panels, backing structure and subframe to 1°C. Temperature gradients are caused by non-homogeneous exposure and by difference in response to a changing exposure for elements with different time constants.Thermal model simulations are used to identify the critical elements in the thermal design of telescope and enclosure. It is shown that an enclosure with a highly reflective paint with high infrared emissivity on the outside surface and an inside zinc coating with low infrared emissivity works as a highly effective radiation shield. A sprayed aluminium coating on the telescope makes free convection the dominant heat transfer mechanism. An enclosure with louvres works as a chimney forcing the inside air temperature to follow the ambient temperature to within a few degrees. The resulting temperature stratification in the area where the telescope reflector is located does not exceed 1.5°C. Structural analysis shows that temperature gradients in the subframe cause reflector surface deformations with a regular pattern, like gravitational deformations, which means that an error budget summation based on independent rms values is not necessarily valid. Knowing the structural analysis coefficients for differential thermal expansion one can decide which time constants in backing structure and subframe have to be matched to achieve optimal performance.     

Error analysis and optimal design of polarization calibration unit for solar telescope

Polarization calibration unit(PCU) has become an indispensable element for solar telescopes to remove the instrumental polarization; the polarimetric accuracy of calibration depends strongly on the properties of PCU. In the paper, we analyze the measurement errors induced by PCU based on polarized light theory and find that the imperfections of the waveplate generate the main calibration errors. An optimized calibration method is proposed to avoid the effects from waveplate imperfections, and a numerical simulation is given to evaluate the polarization accuracy by analyzing the relation between calibration error and intensity instability. The work is very important for solar telescopes with high polarization precision up to 10~(-4) I_c.     

空间相机电控机箱的热设计及仿真分析

为了保证空间相机电控机箱在轨运行期间的工作温度满足使用要求,根据电控机箱的结构特点和导热路径,对电控机箱内部大功耗电子元器件进行了详细热控设计,解决了某些电子元器件发热量大、导热路径较长的问题。以某个典型元器件为例,进行了散热效果估算。最后应用有限元分析软件IDEAS-TMG建立了详细的电控机箱热分析有限元模型,根据电控机箱所处温度边界条件进行了稳态仿真分析,给出了电控机箱整体的热响应性能、印制线路板（PCB）及板上大功耗电子元器件的稳态温度分布云图,结果显示,PCB的温度为40.6～51.1℃,板上大功耗电子元器件的结温为46.3～62.5℃,均满足热控设计的指标要求。热分析结果表明电控机箱热设计合理可行,能够满足使用要求。     

空间引力波探测望远镜初步设计与分析

引力波的直接观测已开启引力波天文学的新篇章,爱因斯坦的百年预言终获证实。空间引力波探测器使得探测0.1 m Hz~1 Hz频段丰富的引力波源成为可能,与地面引力波探测器互为补充,才可实现更加宽广波段的引力波探测,揭开宇宙早期的更多秘密。空间激光干涉引力波探测采用外差干涉测量技术,测量间距百万公里的两自由悬浮测试质量间10 pm量级的变化量。望远镜是激光干涉测量系统的重要组成部分,1 pm的光程稳定性及苛刻的杂散光要求,不同于传统的几何成像望远镜。本文根据空间太极计划任务需求,对望远镜的功能及技术要求进行了分析,并完成了原理样机的初步方案设计,针对百万公里远场波前分布,分析了望远镜系统的敏感性,同时完成了在轨光机热集成仿真,为后面原理样机的研制奠定了技术基础。     

预警卫星大口径拼接组合型二元衍射校正元件制作工艺研究

介绍了一种取代预警卫星红外施密特望远镜折射校正板的二元衍射校正板的设计及工艺制作方法 ,并对该拚接组合型的二元衍射校正板的制作误差进行了分析。     

小型化行波管放大器热仿真分析及优化设计

介绍了小型化行波管放大器的热仿真分析和优化设计方法。首先对行波管放大器的热损耗进行了分析,然后依据热力学相关理论,基于Ansys Icepak软件,对行波管放大器进行了建模和仿真分析。针对小型化行波管放大器的特点,分别进行了水冷板的热优化设计和慢波结构的热优化设计,在此基础上进行了水冷板和慢波结构的综合优化设计。最后进行了实验验证,实验结果与仿真结果相符,行波管放大器无论是整体温度还是局部温度分布特性,均得到了明显改善。     

极紫外望远镜各通道夹角的测量

极紫外望远镜是由四个单通道的望远镜捆绑在一起,以便同时对太阳的相同部分观测,由于受地面装调以及发射过程中的影响,无法保证四个通道光轴严格平行,必然带来观测位置上的误差。只要测出各通道之间的光轴夹角,便可在像面上采取适当的处理方法,以便减小这种误差,但这一夹角的测量精度必须控制在0.1″内。为达到如此高的精度,采用了太阳局部边缘探测的方法,很好地解决了这一问题。