大型空間反射鏡地面重力卸載支撐方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大型空間反射鏡地面重力卸載支撐方法，屬于空間光學技術領 域。
【背景技術】
[0002] 空間光學遙感器運行在太空的微重力環(huán)境中，而其空間反射鏡組件的加工、檢測 和裝配均在地面的重力環(huán)境下進行。不同的重力環(huán)境使空間反射鏡組件的受力情況發(fā)生變 化，進而使空間反射鏡發(fā)生形變，導致反射鏡的面形精度下降，空間光學遙感器的成像質(zhì)量 下降。因此，在空間反射鏡組件的設計中需要盡量降低重力對空間反射鏡面形精度的影響， 保證空間光學遙感器的成像質(zhì)量。
[0003] 目前，空間反射鏡組件常采用對重力不敏感的剛性結(jié)構設計來降低重力的影響。 通過增強反射鏡及其支撐結(jié)構的剛度，使在地面加工、裝配的反射鏡組件進入太空失去重 力作用后，幾乎不發(fā)生形變，面形精度不發(fā)生變化。但是，這種設計方法只適用于中、小尺寸 的空間反射鏡；對于大型空間反射鏡，由于結(jié)構尺寸較大，結(jié)構剛度的增加會使空間反射鏡 組件的結(jié)構尺寸和重量大大增加，無法滿足空間光學遙感器的重量要求。
[0004] 中國專利公開號為CN102436052A，名稱為"一種大口徑輕質(zhì)反射鏡光軸水平重力 卸載支撐方法"所公開的反射鏡重力卸載支撐方法與本發(fā)明的應用領域相同，但其使用條 件存在明顯的局限性，該方法只能在反射鏡裸鏡的加工和檢測階段適用，而且其復雜的滑 輪組吊繩結(jié)構無法在后期的反射鏡組件加工和裝調(diào)、鏡頭裝調(diào)、環(huán)境試驗和光學性能測試 等階段進行反射鏡重力卸載。因此，在大型空間反射鏡由地面加工、裝配時的重力環(huán)境進入 到太空工作時的微重力環(huán)境的過程中，兩種重力環(huán)境變化會引起反射鏡面形精度下降，使 空間光學遙感器成像質(zhì)量下降的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決在大型空間反射鏡由地面加工、裝配時的重力環(huán)境進入到太空工 作時的微重力環(huán)境的過程中，兩種重力環(huán)境變化會引起反射鏡面形精度下降，使空間光學 遙感器成像質(zhì)量下降的問題，提出一種可在空間光學遙感器研制的全過程中對空間反射鏡 組件進行主動支撐的大型空間反射鏡地面重力卸載支撐方法。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：
[0007] 大型空間反射鏡地面重力卸載支撐方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一，采用有限元分析軟件對空間反射鏡組件1進行有限元建模，分析空間反 射鏡組件1在水平放置時由重力引起的鏡面面形精度變化情況；
[0009] 步驟二，根據(jù)空間反射鏡11尺寸、鏡面面形精度變化分析結(jié)果及空間反射鏡支撐 結(jié)構12布局情況，初步確定位于空間反射鏡11背部的主動支撐點數(shù)量及其分布；
[0010] 步驟三，在有限元分析軟件中，在空間反射鏡11的主動支撐點上施加支撐力后， 分析空間反射鏡組件1在水平放置時重力引起的鏡面面形精度變化情況，通過對鏡面面形 精度結(jié)果的分析，調(diào)整主動支撐點上施加支撐力的大小、主動支撐點數(shù)量及其分布，通過多 次迭代分析，使空間反射鏡組件1的鏡面面形精度結(jié)果滿足光學設計要求，實現(xiàn)反射鏡的 重力卸載；
[0011] 步驟四，根據(jù)步驟三中主動支撐點上施加支撐力的分析結(jié)果來選擇相應的直線步 進電機3和彈簧單元4;
[0012] 步驟五，將主動支撐連接板2螺接固定到空間反射鏡組件1上，將直線步進電機3 與彈簧單元4固定到一起組成連接體，多個連接體再分別固定到主動支撐連接板2上的多 個接口上；
[0013] 步驟六，按照主動支撐點上施加支撐力的分析結(jié)果，驅(qū)動直線步進電機3運動相 應的距離，以使彈簧單元4受到壓力從而在主動支撐點上施加支撐力。
[0014] 步驟五中所述主動支撐連接板2上的多個接口是根據(jù)步驟三中主動支撐點的分 布而對應設計。
[0015] 本發(fā)明的工作原理：本發(fā)明首先利用有限元方法分析出空間反射鏡組件1水平放 置時在重力環(huán)境下鏡面面形的變化值和變形趨勢，其次對空間反射鏡背部多個主動支撐點 施加適當?shù)闹瘟Γ缘窒亓σ鸬溺R面面形變化。將主動支撐連接板2、直線步進電機 3、彈簧單元4與空間反射鏡組件1連接在一起，驅(qū)動直線步進電機3進行直線運動，通過彈 簧單元4將直線運動轉(zhuǎn)化為彈簧的形變，實現(xiàn)彈簧單元4對空間反射鏡11背部主動支撐 點的支撐力。在空間反射鏡組件1的研制過程中，對各主動支撐點一直施加支撐力以模擬 在微重力環(huán)境下空間反射鏡組件1的受力情況。空間光學遙感器發(fā)射到太空后，重力幾乎 為零，此時驅(qū)動直線步進電機3,將施加在空間反射鏡組件1上的各主動支撐點的支撐力去 掉，使空間反射鏡組件1在地面重力環(huán)境與太空微重力環(huán)境下受力相同，鏡面面形保持不 變。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：由于采用了空間反射鏡地面重力卸載支撐方法，解決了大型 空間反射鏡組件在地面重力環(huán)境完成加工、裝配，進入太空微重力環(huán)境后，鏡面面形精度下 降的問題，使空間反射鏡面形精度在地面重力環(huán)境和太空微重力環(huán)境下保持不變，保證了 空間光學遙感器的成像質(zhì)量。這種方法在反射鏡加工、檢測、裝配、鏡頭裝調(diào)、環(huán)境試驗和光 學性能測試等研制的全部過程中都可以有效的使用，具有極佳的工程可實施性。本發(fā)明可 用于大型空間反射鏡的重力卸載以及空間光學遙感器光學裝調(diào)的重力卸載等領域。
【附圖說明】
[0017] 圖1是大型空間反射鏡地面重力卸載支撐結(jié)構簡圖。
[0018] 圖2是大型空間反射鏡地面重力卸載支撐結(jié)構側(cè)視圖。
[0019] 圖3是大型空間反射鏡地面重力卸載支撐結(jié)構背部圖。
[0020] 圖4是大型空間反射鏡地面重力卸載支撐有限元分析圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0022] 如圖1和2所示，本發(fā)明大型空間反射鏡地面重力卸載支撐結(jié)構包括：空間反射鏡 組件1、主動支撐連接板2、直線步進電機3和彈簧單元4,其中空間反射鏡組件1包括空間 反射鏡11和空間反射鏡支撐結(jié)構12。
[0023] 所述的空間反射鏡支撐結(jié)構12通過環(huán)氧樹脂膠與空間反射鏡11背部粘接在一 起，組成空間反射鏡組件1 ;
[0024] 所述的主動支撐連接板2與空間反射鏡支撐結(jié)構12螺接固定；
[0025] 所述的直線步進電機3與彈簧單元4通過螺釘固定到一起后，再分別固定到主動 支撐連接板2上。
[0026] 實施例：
[0027] 針對一個9 1.4m口徑、鏡厚比達到1:9、輕量化比優(yōu)于70%的圓盤形大型空間反 射鏡組件1的重力卸載方法，實施步驟如下：
[0028] 步驟1，采用有限元分析軟件對空間反射鏡組件1進行有限元建模，分析空間反射 鏡組件1在水平放置時由重力引起的鏡面面形精度變化情況。
[0029] 步驟2,根據(jù)分析結(jié)果確定采用外圈圓周分布6個主動支撐點，內(nèi)圈圓周分布3個 主動支撐點的空間反射鏡11背部主動支撐布局，如圖3所示。
[0030] 步驟3,在有限元軟件中，對在空間反射鏡11背部的主動支撐點上施加支撐力，經(jīng) 過多輪迭代運算，確定在外圈6個主動支撐點上施加IlN的支撐力，內(nèi)圈3個主動支撐點上 施加13N的支撐力，以此進行分析計算，空間反射鏡組件1的面形精度變化值小于X/60 (入 =632. 8nm)，滿足光學設計要求，如圖4所示。
[0031] 步驟4,根據(jù)主動支撐點上施加支撐力為IlN和13N的分析結(jié)果，選擇推力為20N、 推動距離為30mm的直線步進電機3和與之相匹配的彈簧單元4。
[0032] 步驟5,將主動支撐連接板2螺接固定到空間反射鏡組件1上，將9個直線步進電 機3與彈簧單元4固定到一起后，再分別固定到主動支撐連接板2上。
[0033] 步驟6,按照主動支撐點上施加支撐力的分析結(jié)果，驅(qū)動內(nèi)、外圈直線步進電機3 分別運動18mm和15mm的距離，以使彈簧單元4受到壓力而在空間反射鏡組件1上的主動 支撐點上施加13N和IlN的支撐力。
[0034] 所述的空間反射鏡組件1的主動支撐點數(shù)量和分布形式，并不局限于此實施例， 可根據(jù)空間反射鏡尺寸大小和空間反射鏡支撐結(jié)構形式進行具體分析確定。
【主權項】
1. 大型空間反射鏡地面重力卸載支撐方法，其特征是，包括w下步驟： 步驟一，采用有限元分析軟件對空間反射鏡組件（1)進行有限元建模，分析空間反射 鏡組件1在水平放置時由重力引起的鏡面面形精度變化情況； 步驟二，根據(jù)空間反射鏡（11)尺寸、鏡面面形精度變化分析結(jié)果及空間反射鏡支撐結(jié) 構（12)布局情況，初步確定位于空間反射鏡（11)背部的主動支撐點數(shù)量及其分布； 步驟=，在有限元分析軟件中，在空間反射鏡（11)的主動支撐點上施加支撐力后，分 析空間反射鏡組件（1)在水平放置時重力引起的鏡面面形精度變化情況，通過對鏡面面形 精度結(jié)果的分析，調(diào)整主動支撐點上施加支撐力的大小、主動支撐點數(shù)量及其分布，通過多 次迭代分析，使空間反射鏡組件（1)的鏡面面形精度結(jié)果滿足光學設計要求，實現(xiàn)反射鏡 的重力卸載； 步驟四，根據(jù)步驟=中主動支撐點上施加支撐力的分析結(jié)果來選擇相應的直線步進電 機做和彈黃單元（4); 步驟五，將主動支撐連接板（2)螺接固定到空間反射鏡組件（1)上，將直線步進電機 (3)與彈黃單元（4)固定到一起組成連接體，多個連接體再分別固定到主動支撐連接板（2) 上的多個接口上； 步驟六，按照主動支撐點上施加支撐力的分析結(jié)果，驅(qū)動直線步進電機（3)運動相應 的距離，W使彈黃單元（4)受到壓力從而在主動支撐點上施加支撐力。
2. 根據(jù)權利要求1所述的大型空間反射鏡地面重力卸載支撐方法，其特征在于，步驟 五中所述主動支撐連接板（2)上的多個接口是根據(jù)步驟=中主動支撐點的分布而對應設 計。
【專利摘要】大型空間反射鏡地面重力卸載支撐方法，屬于空間光學技術領域，為了解決在大型空間反射鏡重力環(huán)境變化會引起反射鏡面形精度下降的問題，采用有限元分析軟件對空間反射鏡組件進行有限元建模，分析空間反射鏡組件在水平放置時由重力引起的鏡面面形精度變化；根據(jù)空間反射鏡尺寸、鏡面面形精度變化分析結(jié)果及支撐結(jié)構布局情況，初步確定位于空間反射鏡背部的主動支撐點數(shù)量及其分布；在空間反射鏡的主動支撐點上施加支撐力后，分析空間反射鏡組件在水平放置時重力引起的鏡面面形精度變化情況，通過分析調(diào)整主動支撐點上施加支撐力的大小、主動支撐點數(shù)量及其分布，使空間反射鏡組件的鏡面面形精度結(jié)果滿足光學設計要求，實現(xiàn)反射鏡的重力卸載。
【IPC分類】G02B7-198, G02B7-182, G02B7-185
【公開號】CN104678533
【申請?zhí)枴緾N201510076357
【發(fā)明人】鮑赫, 李志來, 張學軍, 楊利偉, 柴方茂, 楊會生
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月13日