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 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室，吉林 长春 130033
对于空间相机来说，高分辨率要求相机的焦距要长，长焦距则会导致主次镜间距变大，从而导致空间相机的体积增大，空间利用率降低。为了充分减小空间相机发射时的包络尺寸，降低空间相机的发射成本，针对同轴三反式光学系统设计了一种基于空间四连杆的高精度可重复式次镜展开机构。对该次镜展开机构进行误差分析，对次镜展开机构的模型进行有限元分析以评估机构的可靠性，并设计了机构可重复性实验验证次镜展开机构的可重复性。次镜展开机构折叠后空间相机光轴方向长度由875 mm压缩为324 mm，体积压缩63%，展开状态下的基频为96.64 Hz，重复展开位移极限误差最大为15.61 μm，倾斜极限误差最大为16.89″。结果表明，该机构实现了空间相机体积的压缩，且锁紧状态下的基频符合在轨使用要求，重复精度满足光学系统要求，能够适应微纳卫星的运载条件，可以应用于航天实践中。
空间相机 次镜展开机构 有限元分析 可重复性实验 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0522003
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210199
1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学应用研究室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
空间主反射镜拼接化是未来宇宙观测的发展趋势之一,相比传统的整镜形式空间主镜,拼接主反射镜具有大口径、突破运载器整流罩尺寸限制、高分辨率、轻质和主动调节等特点。根据国内外相关文献和研究项目中主反射镜的拼接化结构形式不同,将可展开拼接式空间主反射镜分为了在轨展开式、在轨拼接式和在轨分布式等三大类,并分别阐述了三种空间拼接主镜的概念、特点与拼接结构形式。按照三种分类形式分别介绍了目前已知的空间拼接式主反射镜项目的研究背景和研究内容。归纳了主反射镜拼接化结构所涉及的关键技术,总结了空间主反射镜拼接化结构设计在拼接精度和面形精度两个方面的研究难点。
光学设计 空间光学 拼接结构 可展开机构 拼接主反射镜 结构设计 激光与光电子学进展
2018, 55(3): 030002
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
为了满足空间探测对衍射望远镜的发展需求, 针对某衍射光学系统设计了一种空间可展开衍射望远镜。首先, 根据Serrurier桁架原理及优化设计理论确定了文中所用展开结构的形式及几何尺寸, 并针对某衍射光学系统设计了一种新型自展开结构; 其次, 建立了该展开结构的有限元模型并分析了其展开后的特性; 最后, 搭建了原理样机并对其进行了实验研究。实验结果表明: 该展开结构的展开距离为2.9 m, 展开后的重复精度误差小于2 mm, 偏心小于0.3 mm, 倾角小于0.2°, 且可通过促动器将其展开精度调整至微米级, 能够满足空间衍射望远镜自展开机构的结构简单、质量轻、稳定可靠、精度高等要求。
空间探测 衍射望远镜 衍射光学系统 Serrurier桁架原理 展开机构 space exploration diffractive telescope diffractive optical system Serrurier truss theory deployable structure 红外与激光工程
2017, 46(12): 1218001
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
为了充分减小空间望远镜发射的质量和体积, 适应微小卫星的运载需求, 针对某光学系统设计了一种基于带状弹簧的新型空间望远镜自展开机构。首先, 根据理论分析确定了所用带状弹簧的几何尺寸, 并针对某空间光学系统设计了一种基于带状弹簧的新型展开机构; 其次, 建立了该展开机构的有限元模型并分析了其展开后的特性; 最后, 搭建了原理样机并对其进行了实验研究。实验结果表明: 该展开机构展开后的高度为500 mm, 展开后的重复精度误差小于0.1 mm, 偏心小于0.1 mm, 且展开后的一阶自然频率为35.5 Hz, 与有限元分析出的结果相符, 其误差为5.3%, 能够满足空间望远镜展开机构的结构简单、质量轻、稳定可靠、精度高等要求。
空间望远镜 微小卫星 光学系统 带状弹簧 展开机构 space telescope microsatellite optical system lenticular tape spring deployment mechanism 红外与激光工程
2017, 46(5): 0518002
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 100059
针对空间展开机构轻量化、小型化、简单化等的发展需求, 通过理论分析实例设计了碳纤维带状弹簧, 并结合有限元模拟及实验对其屈曲特性进行了研究。首先, 根据薄壳弯曲理论推导了各向异性材料下碳纤维带状弹簧的弯矩计算公式, 并分析了影响其屈曲特性的敏感参数; 然后, 针对工程需要进行了单根碳纤维带状弹簧的实例设计, 并建立了其有限元分析模型, 得出了其弯矩-转角曲线; 最后, 加工出了碳纤维带状弹簧实物并对其屈曲过程进行了实验研究。结果表明: 实验测得的该碳纤维带状弹簧的临界弯矩值为1 237.6 Nmm, 与理论分析及有限元模拟结果符合的较好, 最大误差为8.7%, 验证了理论分析及有限元模拟的准确性及一致性, 为之后碳纤维带状弹簧的设计及应用提供了理论依据及技术支持。
空间展开机构 带状弹簧 碳纤维 屈曲 有限元模型 弯矩 Space deployable structures lenticular tape springs carbon fibrereinforced plastic buckling finite element model bending moment
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
为满足空间探测对大孔径空间衍射望远镜的需求，提出了一种空间薄膜衍射望远镜主镜展开的结构形式。首先分析了大孔径空间衍射望远镜成像的特点，提出大孔径空间薄膜衍射望远镜主镜展开对结构设计的要求。然后根据这些设计要求设计了一种新型的展开结构形式，使用三维建模软件Solid Works对提出的模型进行三维建模。最后使用Adams对展开结构模型进行仿真分析。对虚拟样机进行初步仿真结果表明，该展开结构在旋转驱动的驱动下各部件可以按照设计的运动形式展开，且运动平稳、可靠。所提出的主镜折叠展开结构为大孔径空间衍射望远镜主镜展开结构设计提供了一种新的思路。
衍射望远镜 展开机构 折叠方式 空间光学 diffractive telescope deployable mechanism fold methods space optics 红外与激光工程
2016, 45(1): 0118004
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
以某卫星太阳翼为研究对象,利用UG软件建立了卫星的整星模型,并将其导入MSC.ADAMS软件中,在ADAMS/View模块中建立转动副、扭簧、锁定和绳索联动机构的模型。用接触力模拟锁定机构中的接触碰撞现象,用关联副模拟绳索联动机构协调作用,然后使用ADAMS/Solver进行了动力学仿真。通过仿真分析,得到了连接架和各帆板展开角度与时间的关系以及展开过程中卫星姿态的变化。分析结果表明,太阳翼的展开过程平稳,历时15 s;在展开过程中卫星姿态稳定可控,展开过程对整星的姿态影响很小,太阳翼展开机构设计合理。
卫星 太阳翼 展开机构 satellite solar array deployable structure ADAMS ADAMS
