1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 空间光学系统在轨制造与集成重点实验室，吉林长春100
4 北京胜泰东方科技有限公司，北京10002
为实现真空100 K低温环境中的红外设备测试，设计了一种离轴三反式的准直系统。该系统采用无热化设计，整机结构选用SiC材料，在镜体与支撑结构连接处采用C形开口胀销作为柔性结构，补偿连接结构的低温变形。系统整体除反射镜外，其余部分全部包裹在低温辐射冷板内。低热导绝热支撑结构在热传导链中起热屏蔽作用，实现系统的绝热支撑和快速制冷。在100 K低温环境下对单镜进行仿真分析，主、次、三镜的面形误差均小于λ/50；整机分析得到主、次、三镜的面形误差均不大于λ/30。常温下系统各个视场波前差在λ/14~λ/8内，低温下系统视场波前差在λ/8~λ/7内，根据瑞利判据可认为波面无缺陷。当λ=632.8 nm时，常温下系统在50 lp/mm频率的调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF）大于0.7；低温下的MTF大于0.6，满足系统在50 lp/mm MTF大于0.6的使用要求。仿真结果表明，准直系统可以在100 K真空环境中稳定输出平行光，满足低温红外设备的测试需求。在快速辐射制冷材料级实验中，历经18 h，温度稳定在130 K；历经30 h，SiC镜坯温度稳定在110 K。该实验验证了SiC反射镜快速辐射制冷的可行性。
光学系统设计 准直系统 离轴三反系统 红外 光机热分析 低温 optical system design collimation system off-axis three-mirror system infrared optical mechanical thermal analysis low temperature
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空间光学系统在轨制造与集成重点实验室，吉林 长春 130033
4 长春工业大学机电工程学院，吉林 长春 130012
空间红外望远镜的成像质量依赖着低温深冷的环境。在这种环境下，对反射镜的结构及其支撑结构都提出了严格的要求。介绍了当前国内外望远镜的被动支撑结构(如bipod、hexapod和whiffle-tree结构)，然后对国内外望远镜的主动支撑结构形式和促动器的原理进行了分析说明。通过对国内外望远镜主、被动支撑结构的分析，对二者进行了对比，并指出了它们的优缺点以及各自适用的领域。提出了两种实现无热化支撑结构的方法：对于拼接式望远镜，采用whiffle-tree结构和促动器的组合支撑形式；对于单块式望远镜，采用whiffle-tree结构和A-frame结构并搭配促动器的支撑形式。
空间红外望远镜 主动支撑 被动支撑 无热化结构 促动器 space infrared telescope active support passive support athermalized structure actuator
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了解决在轨光学载荷地面试验振源模拟难的问题, 设计了一种基于并联机构的多维微振动模拟平台, 能够有效复现空间微振动分布频率宽、振动量级小的特点。首先, 利用虚功原理和牛顿-欧拉方程推导了系统固有频率解析式, 并结合设计指标进行构型优化。然后根据最优构型进行结构设计和优化, 使得平台固有频率满足5~250 Hz的模拟带宽。最后, 提出了一种基于传递函数的控制方法, 验证了其正确性并对平台工作能力进行了求解。平台第6阶基频3.4 Hz, 第7阶基频356 Hz, 满足带宽要求; 通过传递函数控制得到的输出与目标值之间最大误差为1.54%, 说明该方法适用于平台的控制; 上平台输出最大平动加速度为399.3 mg, 最大角度扰动为1 979.3 μrad, 满足指标要求。该平台具有模拟带宽大、高承载、振动量级小的特点, 能够作为空间微振动地面试验振源模拟设备。
空间微振动 固有频率 构型优化 传递函数 spatial microvibration natural frequency configuration optimization transfer function 光学 精密工程
2019, 27(12): 2590
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 空间机器人工程中心空间机器人系统创新研究室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
针对大型光机结构的结构特性，为抑制宽频噪声对结构指向稳定度及精度的影响，设计了一种可以在全频段提供高阻尼低轴向刚度的液体阻尼器。首先，对液体阻尼器的参数设计理论进行了分析; 其次，通过微振动一体化集成仿真分析了引入液体阻尼器对整机的影响，由分析结果可知，在内外框架之间安装阻尼器，可以达到抑制宽频噪声的目的，一般情况下光轴指向精度（Line of Sight）可以改善50%以上，同时对结构特性改变较小; 最后，设计了测试系统，对阻尼器参数的特性进行了实验研究，可知该液体阻尼器的阻尼系数随频率升高降低，在低频时可以达到18 574 N·s/m， 300 Hz时阻尼系数在300 N·s/m以上，轴向刚度约为28 659 N/m，随频率变化基本保持不变。结果表明: 试验测试结果与仿真结果相符，液体阻尼器的刚度及阻尼参数的设计都达到了技术要求，根据仿真与试验的分析验证了阻尼器对大型光机结构振动抑制的有效性。
微振动 光轴指向精度 液体阻尼器 有限元分析 micro-vibration Line of Sight(LOS) liquid dampers finite element analysis 光学 精密工程
2018, 26(10): 2493
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
为提高跟踪测量系统对暗弱目标的探测能力, 设计一套自动化激光主动照明光学系统, 对跟踪测量视场范围进行主动辅助照明。该系统在02~5 km距离处的照明直径均为10 m, 计算出其在-20 ℃及+45 ℃的温度调焦量, 照明仿真结果表明系统照明不均匀性＜15%。通过研究系统像差对照明均匀性的影响, 以及对设计的调光组进行分析, 得到调光组移动量与照明距离之间的理论关系, 表明自动调节调光组位置即可实现不同照明距离处的均匀照明。设计和分析结果表明, 该主动照明系统能够自动调节调光组位置, 实现跟踪测量视场内的均匀照明, 有利于跟踪测量系统对于暗弱目标的探测。
激光主动照明 自动化 照度均匀 laser active illumination automation uniform illumination
