空间相机杂散光抑制和外遮光罩结构研究

OPT OpenIR > 中国科学院西安光学精密机械研究所(2010年前)

	空间相机杂散光抑制和外遮光罩结构研究
	丁福建
学位类型	博士
导师	薛鸣球,李英才
	2000
学位授予单位	中国科学院西安光学精密机械研究所.
学位专业	光学
关键词	杂光抑制二级次镜罩外遮光罩优化设计结构分析基频最高化
摘要	本论文针对某工程详查相机杂散光抑制及其结构进行了研究，以系统工程的角度对该相机杂光抑制及外罩结构进行了必要的分析和探讨。主要内容包括以下几部分：1．详查相机光学系统杂光抑制方案确定及研究考察了国外空间相机XMM-OM(X-Ray Multi-Mirror Mission)、VIMS。 V(CassiniVisible Infrared Mapping Spectrometer)及SIRTF(Space Infra-Red Telescope Facility)的杂散光抑制方案及其结构，并根据工程具体情况，确定了某详查相机杂散光抑制方案。在国内首次提出了固定式外遮光罩与二级次镜结合式杂散光抑制结构方案，谈方案成功地解决了该工程相机的具体问题，实现了其多方位的要求：高可靠性及可实现性、空间尺寸的紧凑性、低中心遮拦等。而采用其它方案则很难达到上述几方面的要求。● 高可靠性及可实现性。考虑到伸缩式外遮光罩，具有解锁机构、伸缩机构，并对材料伸缩性提出很高的要求。而这些机构必然导致外遮光罩可靠性下降，故该相机外遮光罩采取固定式方案，以避免伸缩式所带来的可靠性下降的缺点。● 空间尺寸的紧凑性。因整流罩与轨道舱的限制，外遮光罩空间尺寸必须在一定的范围内。因此，提出了外遮光罩与二级次镜罩结合的方式进行杂光抑制。该种方案确保在有限的空间内光学系统具有理想的杂光抑制效果，并确保外遮光罩具有高可靠性。● 低中心遮拦。采用次镜罩必然带来中心遮拦问题，为了尽量降低该详查相机的中心遮拦，本文提出了二级次镜罩方案，该方案的提出合理地解决了相机杂光抑制问题。2．详查相机外遮光罩结构研究本文对外遮光罩结构方案进行了分析研究，分别对筋肋式环氧／玻纤复合材料结构及蜂窝夹层式环氧／玻纤复合材料结构进行了分析，并对环氧／玻纤复合材料及蜂窝夹层板进行了力学及物理性能试验分析。提出了蜂窝夹层式复合材料结构方案，至今尚未见到蜂窝夹层式复合材抖结构用于空间相机的报道。该方案的提出不仅解决了外遮光罩高刚度、高强度、高环境适应性的要求，并为空间相机结构新型设计迈出了坚实的一步。3．结构最大刚度化设计研究结构的设计以其功能为依据，根据具体情况分为强度化设计和刚度化设计。航天工程要求结构在满足功能要求的前提下，必须做到最轻化、最优化设计。实际上对结构动态最大刚度化设计是难以实现的。考虑到外遮光罩动态特性为其 “瓶颈”环节，本文提出了一种有效的最大刚度化量化设计方法-外迪光罩基频最高化，并以此为优化目标编写了实用基频最高化优化设计软件，该软件中结构有限元模型具有动态性。基频最高化提出及其软件的完成，使结构动态设计得以量化，基频最高化设计方法得到实际应用。 4．详查相机外遮光罩结构静态、动态分析及研究结构的静态、动态及温度载荷分析，是工程化的重要环节和基础，是结构优化设计的组成部分，是结构安全度及可靠性分析前提。本文利用有限元软件对筋肋式结构及蜂窝夹层式结构进行了工程分析，对外遮光罩结构进行了静态、动态及温度载荷分析，考察了结构在静载荷、动载荷及温度载荷作用下其强度裕度，考察了结构在轨工作期间在力学环境及温度环境下其变形安全裕度。为结构优设计及方案确定提供了依据。此外，对复合材料面板及夹层板，进行了相关的力学性能及物理性能试验。试验结果表明：该种材料面板及夹层板，能够满足设计要求。5．详查相机外遮光罩表面涂层研究外遮光罩内外表面涂层对于结构的保护和杂光抑制具有非常重要的意义。在此，对表面涂层的空间适应性及光学性能进行了相应的分析和试验，预测了表面涂层在轨期间寿命末期性能参数值。确定了外遮光罩表面涂层及其工艺性。6．详查相机外遮光罩环境模拟试验外遮光罩所经历的力学环境及空间环境是非常恶劣的，为了保证外遮光罩的可靠性、对空间环境的适应性，对外遮光罩进行设计验证试验及质量控制试验，按总体部要求，对外遮光罩进行了力学试验、热循环试验及热真空试验，其力学试验包括：加速度、正弦扫描、随机振动及冲击试验。编写了试验大纲，设计了试验夹具并对夹具进行了模态分析计算，最后在LING振动台进行了鉴定级力学试验；在SE-1000湿热试验机进行了热循环；在KM-2热真空模拟试验器进行热真空试验。试验结果表明：夹具设计合理，能够满足试验要求；外遮光罩结构设计合理，能够承受预期的力学环境及空间环境；外遮光罩涂层具有良好的空间适应性。总而言之，该外遮光罩能够发挥其既定功能。
学科领域	光学
页数	172
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.opt.ac.cn/handle/181661/14266
专题	中国科学院西安光学精密机械研究所(2010年前)
推荐引用方式 GB/T 7714	丁福建. 空间相机杂散光抑制和外遮光罩结构研究[D]. 中国科学院西安光学精密机械研究所.,2000.