空间太阳Lyman-alpha望远镜主反射镜支撑结构的研究

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随着空间技术和短波光学技术的发展,空间太阳紫外波段成像观测研究逐渐成为空间天文研究的重要组成部分。空间太阳紫外成像望远镜作为太阳观测的重要仪器之一,为研究空间天气预报和太阳物理研究提供了新方法和重要的物理依据。主反射镜镜组件作为空间紫外太阳望远镜的主要组成部分,反射镜面形的优劣直接影响到光学系统的成像质量。重力场、温度场及压强等外界环境因素变化极易影响主反射镜面形精度,因此,要求主反射镜的支撑结构在对反射镜进行有效定位的同时还要卸载自重,保证反射镜在不同重力场作用下的位置及面形精度的稳定性。同时,还要减小由温度场变化产生的热应力对反射镜的影响,即要提高主镜组件的热适应性。由于空间光学系统在运输、发射过程中所要经受的苛刻条件,还需要保证主镜组件具有良好的动态适应性,能够承受各阶段的振动、冲击、过载等。在主镜组件的应力传递过程中,要使力均匀传递,应尽量避免应力集中。本文研究的是空间太阳Lyman-alpha望远镜主反射镜的支撑结构,主要包括以下几个方面:  1、反射镜的面形评价方法。在进行主反射镜组件有限元分析之后,为了研究反射镜表面畸变引起的波面差,采用均方根误差RMS值、峰谷误差PV值评价反射镜面形精度;  2、主反射镜支撑方式的选择及其支撑结构的设计。根据空间光学系统的使用要求及主反射镜的外形尺寸,采用切向柔性支撑方式对主镜进行微应力装夹,并对反射组件进行设计和装配;  3、对主镜组件进行有限元网格划分,对组件结构有限元模型进行力学分析,包括结构静力学分析和动力学分析,验证反射镜组件的力学性能;  4、对主镜组件进行热力学分析,包括温度变化对组件内部应力的影响以及反射镜自身由于温度梯度对光学系统的影响。  经过上述的分析,切向柔性支撑结构具有以下性能:在不同的重力场方向下,反射镜的面形变化量均有RMS≤λ/90,PV≤λ/20(λ=632.5nm),即这种支撑方式可以卸载重力作用;反射镜组件具有良好的动态性能,满足使用条件;反射镜组件具有良好的温度适应性。切向柔性支撑结构对于其它外形尺寸相近的小型圆形反射镜的支撑具有借鉴意义。
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