超光谱成像仪指向反射镜热光学特性分析

超光谱成像仪是“图谱合一“的光学遥感器,其指向反射镜位于超光谱成像仪最前端,尺寸大、热流复杂、容易受到热影响。指向反射镜的热光学特性反映指向反射镜的热适应性和热尺寸稳定性,是结构设计人员以及热设计人员关注的重要性能。鉴于此,分析了指向反射镜的工作环境,论述了指向反射镜热光学特性研究内容及技术路线。针对实例利用有限元方法和理论公式进行了热光学分析,比较了两种描述指向反射镜热光学特性的方法。结果表明:对于指向反射镜,与基于温差的描述相比,基于热功率的描述更加真实地反映指向镜的热适应性和热尺寸稳定性。     

长条形空间反射镜组件轻量化结构设计

针对某700 mm×249 mm长条形空间反射镜组件结构设计要求,对反射镜及其支撑结构进行了详细的光机结构设计。首先,从反射镜材料选择、径厚比、支撑方案及轻量化形式等角度出发,对反射镜进行结构设计。通过理论计算得到长条形反射镜的支撑点数。对支撑点位进行了优化,并探索了支撑孔位对反射镜自重变形的影响规律。其次,为满足反射镜组件的力、热环境适应性要求,设计了一种新型柔性支撑结构,并给出了柔性铰链薄弱环节对反射镜面形精度的影响;对支撑结构安装位置深度进行优化,给出反射镜面形精度关于支撑结构安装位置的变化曲线。然后,对反射镜组件进行了有限元分析,自重和5 ℃温升载荷工况下,反射镜面形精度峰谷（Peak Valley,PV）值和均方根（Root Mean Square,RMS）值最大分别达到58.2 nm和12.3 nm;反射镜组件一阶固有频率为259 Hz,低频正弦扫描振动条件下柔性支撑最大应力响应为138 MPa。最后,进行了动力学试验测试。测试结果表明,反射镜组件一阶固有频率为255 Hz,有限元分析误差为1.7%。分析和试验结果表明,反射镜组件结构设计合理,满足设计指标要求。     

宽带随机振动峰值应力分析与试验研究

考核结构件在宽带随机激励下的强度,需要考察结构的峰值应力响应. 利用随机振动 和正弦振动之间的峰值等效原理,通过正弦振动在共振频率点的应力响应来计算随机振动的 峰值应力. 以某结构件为例,利用有限元分析软件MSC.NASTRAN,对该结构件进行了模态分 析、频响分析、随机振动加速度响应及峰值应力响应分析;同时实施了随机激励下的应力测 试试验. 比较分析与试验的峰值应力,误差在10{\%}以内,表明了该工程分析方法和技术途 径是合理的.     

应用方位反向技术提取反射镜零重力面形

为了预估碳化硅反射镜在空间零重力环境下的面形精度,本文开展了在地面环境下利用方位反向技术提取碳化硅反射镜零重力面形的研究。首先,介绍了方位反向技术提取零重力面形的理论依据;其次,利用有限元分析软件,分析了方位反向对反射镜面形的影响;然后,按照试验流程,先后检测了反射镜在0°和180°状态的面形精度,计算两次检测数据的平均值,得到了反射镜零重力面形。结果表明:反射镜地面零重力面形误差RMS值为12.3 nm,能够满足设计指标要求。最后,对数据可信度进行了分析,确认了试验数据真实可信。该结果预示了反射镜在空间零重力环境下的面形精度,对反射镜光学加工与装调有重要的指导意义。     

空间光学遥感器环境适应性设计与试验研究

为适应空间光学遥感技术的迅速发展及对空间光学遥感器需求的不断增长,在追求高高空间分辨率、高光谱分辨率、高辐射分辨率性能及轻量化的同时,必须考虑空间光学遥感器对恶劣的发射运载力学环境及在轨真空热环境的适应性问题。本文概述了国内外空间光学遥感器环境适应性设计的现状与进展,阐述了空间环境因素对空间光学遥感器性能的影响,尤其是在力学及真空热环境作用下的环境效应,探讨了环境效应的作用机理;在对任务需求和环境效应分析的基础上,提出了空间光学遥感器环境适应性设计的要求、准则以及适应性设计要点。在空间光学遥感器设计的早期设计阶段,统筹考虑对未来可能遇到的各种环境的适应性问题,并开展以质量特性、动力学特性及热光学特性为主的适应性设计分析迭代。在工程实施阶段,进行相应的特征试验以及环境模拟试验,实地考核空间光学遥感器的力学及热光学特性以及在各种模拟环境条件下功能和性能的有效性和正确性,确保对未来各种恶劣环境条的适应性。本文对设计分析迭代过程中以及试验过程中对环境适应性的评价方法及其相关的地面试验内容和方法也进行了论述。     

长焦距空间遥感器支撑结构设计研究

为了提高分辨力,空间遥感器采用长焦距和较大的光学孔径是必然的选择。但随着焦距增大,给遥感器支撑结构设计带来了困难。必须通过合理的支撑结构设计,才能保证其光学系统在发射的动力学过程中、空间工作环境下和一定热环境下具有较高的尺寸稳定性。本文对采用卡式光学系统的长焦距空间遥感器主要支撑结构进行了研究。工程分析表明,遥感器的支撑结构很好地保证了空间遥感器的工作稳定性,而其支撑件自身在一定的动态环境下不会破坏。     

空间光学遥感器控制器机电热一体化设计

根据空间电子设备机电热一体化设计思想,设计了高分辨率空间光学遥感器的控制器,以验证一体化设计的优势和效果。概括了空间电子设备的一体化设计流程。针对空间光学遥感器控制器的研制提出了相应的一体化设计原则。说明了控制器的各电路板和大功率元器件的设计方案。通过热、力学仿真分析和试验手段对设计方案进行了验证。结果表明:控制器元器件的最高壳温在51℃以内,整机的前三阶模态均高于100Hz。设计方案完全满足热控、刚度等设计指标要求。     

遥感相机反射镜组件的随机振动分析

随机振动应力分析是有限元分析中的一个难点。本文在早期随机振动试验做法的基础上,提出了随机振动峰值应力的计算方法,并以铝板模型为研究对象对该方法进行了分析与试验验证。结果表明,通过该方法计算的随机振动峰值应力与试验结果相比误差在10%以内。在此基础上,对遥感相机的发射镜组件进行了试验前的随机振动峰值应力预示分析,试验结果表明,预示分析结论与试验结果相符。     

螺钉防松胶对反射镜面形影响的研究与试验

反射镜组件作为空间相机的重要组件,在进行组件装配时,不但要保证其联接结构具有足够的联接预紧力以抵御动载荷或工作温度变化带来的影响,还要准确控制拧紧力矩避免对镜面面形造成较大的影响。以某空间相机的主镜组件为例,对螺钉防松的工作机理、采用防松粘接剂情况下的实际紧固力矩计算、对反射镜镜面的影响等方面进行了分析计算,并进行了试验验证。分析及试验结果表明,不同的螺钉防松胶对拧紧力矩、预紧力及反射镜面形造成较大的影响,其中,与不使用防松胶相比,硅橡胶(GD-414)和厌氧胶(J-222)对镜面面形的影响分别增加了31.9%和74%。在使用螺钉防松胶进行防松处理时,应根据不同防松胶的具体特性,调整螺钉拧紧力矩,在联接环节具有较高可靠性的同时,降低其对反射镜面形的影响。