Author Affiliations
Abstract
1 James C. Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA
2 Department of Astronomy and Steward Observatory, The University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA
3 Lunar and Planetary Laboratory, The University of Arizona, Tucson, AZ 85721, USA
4 Y&DK, 34158 Daejeon, South Korea
5 Hanbat National University, 34158 Daejeon, South Korea
6 Department of Integrated Systems Engineering, The Ohio State University, Columbus, OH 43210, USA
One of the most profound and philosophically captivating foci of modern astronomy is the study of Earth-like exoplanets in the search for life in the Universe. The paradigm-shifting investigation described here calls for a new type of scalable space telescope that redefines the available light-collecting area in space. The Nautilus Space Observatory, enabled by multiple-order diffractive optics (the MODE lens), is ushering in the advent of large space telescope lenses designed to search for biosignatures on a thousand exo-earths. The Kinematically Engaged Yoke System (KEYS) was developed to align a segmented version of the MODE lens. A technology demonstration prototype of KEYS was built and tested using scanning white light interferometry and deflectometry. A deflectometry system was also developed to monitor the closed-loop alignment of the segmented MODE lens during its UV (i.e., Ultraviolet) curing.
KEYS Nautilus MODE Lens Alignment Space Telescope Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2023016
红外与激光工程
2023, 52(1): 20221395
1 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
提出一种基于畸变梯度重构畸变的在轨标定方法, 该方法充分利用微角秒测量精度的星间距测量技术, 不受恒星赤经、赤纬精度的限制, 能使望远镜光学畸变的标定精度达到微角秒量级。介绍了基于畸变梯度重构畸变的原理, 并对由光学设计软件导出的光学系统进行了畸变标定仿真实验, 结果表明: 当光学系统波像差控制在0.0733λ内且星角间距测量误差为0.3微角秒时, 畸变标定精度可达0.28微角秒, 满足近邻宜居行星探测的畸变标定要求。
畸变标定 微角秒 系外行星探测 天体测量 空间望远镜 distortion calibration micro arc seconds exoplanet exploration astrometry measurement space telescope
1 北京空间机电研究所,北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室,北京 100094
设计并研制了基于C/SiC复合材料的大口径空间望远镜次镜承力筒。首先对C/SiC复合材料的特性以及在空间遥感器领域的应用进行了介绍。其次以某大口径空间望远镜次镜承力筒为例,对不同材料下次镜承力筒的质量、力热性能进行了对比。仿真分析表明:设计的C/SiC复合材料次镜承力筒低至32 kg,相比钛合金筒减轻45.5%;基频为204 Hz,满足设计要求;更易于控制热变形对反射镜面形的影响。最终完成了C/SiC复合材料次镜承力筒的研制和主要物理性能的检测,并进行了力学振动试验考核,对振动前后结构的三坐标测量数据进行了比对。结果表明:次镜承力筒组件的基频良好,振动试验前后频漂低于1%,结构的微位移变化量级在微米级。为应用C/SiC开展空间遥感器大尺寸整体成型支撑结构的设计提供有效的参考价值。
空间望远镜 C/SiC复合材料 次镜承力筒 space telescope C/SiC composite material secondary mirror bearing cylinder 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210710
1 北京控制工程研究所 空间光电测量与感知实验室, 北京 100190
2 中国空间技术研究院, 北京 100190
3 空间智能控制技术重点实验室, 北京 100094
本文综述了极限性能哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope, HST)在轨微振动的研究进展, 说明了其指向测量与控制系统组成和特点, 同时给出了其关键技术指标, 有针对性地剖析了HST在高性能航天器微振动研究及指向控制技术等方面的先进技术和理念。阐述了HST反作用轮组件、太阳电池阵的扰动特点以及微振动引起光学元件抖动的现象, 在此基础上, 对现代航天器5种先进指向控制技术进行了总结, 包括基于降阶模型的控制、基于线性二次高斯的控制、解析和数值推导的H∞控制、协方差控制和双模干扰调节控制。HST微振动相关技术分析方法可为我国高分专项、深空探测、载人航天、引力波探测等涉及到的高性能航天器、毫角秒级敏感器以及空间站光学舱等高精度光学仪器的研制、地面试验和在轨干扰环境量化评估提供有益的借鉴。
哈勃太空望远镜 微振动 高性能航天器 指向控制系统 Hubble Space Telescope(HST) micro vibration high-performance spacecraft pointing control system 光学 精密工程
2020, 28(11): 2478
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
在轨组装望远镜的光学检测系统主要包括子镜拼接精度检测系统和系统波像差检测系统, 这两种检测系统共用一组Φ300 mm平面反射镜, 为了实现平面反射镜的精密切换, 研制了一套基于通用P2级精密轴承的二维转台。首先, 对轴系进行了结构设计并详细说明了装配工艺; 然后, 构建了理论计算模型对所设计轴系精度进行了定量分析。结果表明, 俯仰轴系最大晃动误差为2.36″(PV), 方位轴系最大晃动误差为0.56″(PV)。最后, 利用傅里叶谐波分析方法对俯仰轴系、方位轴系进行了精度检测, 检测结果表明, 俯仰轴系最大晃动误差为2.5″(PV), 方位轴系最大晃动误差为0.6″(PV)。利用对径相加读数法对两轴垂直度进行了检测, 检测结果表明, 两轴垂直度误差为1.5″。测试结果验证了结构设计和理论计算模型的合理性。
空间望远镜 在轨组装 二维精密转台 轴系精度 傅里叶谐波分析 space telescope on-orbit assembly two-dimensional precise turntable shafting error Fourier harmonic analysis
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
太阳Hα空间望远镜是国际上首次实现全日面Hα单色像(包括Hα线心和线翼3个波段)的空间观测望远镜,对太阳物理研究有着重要的意义。信噪比是定量评价空间望远镜成像质量和工作稳定性的重要指标, 因此信噪比的计算和估计对太阳Hα空间望远镜的研制和使用至关重要。本文从太阳Hα空间望远镜工作原理和能量传递的角度出发, 建立了信噪比计算模型, 推导了信噪比计算公式。在此基础上计算了信噪比以及曝光时间区间, 给出了最佳工作状态下单像元和像元合并情况下曝光时间分别为5 ms和10 ms。实验结果表明, 计算值和测量值误差在1%以内, 由此可以验证该信噪比计算模型的准确性和实用性。
空间望远镜 太阳Hα成像 信噪比 space telescope solar Hα imaging signal to noise ratio
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
针对大口径空间天文望远镜稳像精度测试的难题, 提出了一种高时空分辨率运动导星模拟方案。利用硅基液晶作为运动导星模拟源, 结合光束准直系统为空间天文望远镜提供无穷远运动导星, 并且通过在光路中加入物镜来提高模拟导星的运动分辨率。针对望远镜像面结构的特殊分布, 提出利用多路模拟的方法, 分别为望远镜两侧精密导星仪以及巡天像面提供实时运动导星。最后, 对影响运动导星模拟精度的各项误差进行分析, 进而建立了误差模型。仿真结果表明: 在运动导星模拟精度优于0.5″的概率为95%, 时间分辨率为3 ms的前提下, 动态星图星间角距误差小于0.04″, 单星张角小于0.02″。通过实验验证了导星模拟模型的正确性, 该模型基本满足空间天文望远镜稳像精度测试所需运动导星目标高时空分辨率的要求。
空间望远镜 运动导星 稳像精度 硅基液晶 物镜 误差模型 space telescope moving guide star image stability accuracy liquid crystal on silicon objective lens error model