[发明专利]具有用于光学器件的主动控制的装置的空间光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于空间观测的光学系统，更具体而言，涉及一种用于装载在航天器上并且在空间展开的光学观测系统。

背景技术

这里，用于空间观测的光学系统是指能够获得高分辨率图像的望远镜，所述高分辨率图像用于从空间观测地球或者用于深空观测。这些望远镜例如是卡塞格伦、格雷果里、Korsch、Ritchey-Chretien或者牛顿望远镜等。空间望远镜的光学检测器必须能够记录亮度很低的星体的图像，这通常需要在光学系统的稳定性能所设置的限制下保证曝光次数。这些应用要求使用具有更大尺寸和更高性能的空间观测系统。

空间望远镜用于安装在卫星上，卫星将被置于轨道内。目前，望远镜被设计为能够承受卫星被发射到太空中时起飞阶段的振动，以及随后的热弹性轨道应力，而不需要显著修改在地面上执行的光学调节。这些限制导致设计出采用特异材料、超稳定连接以及超精确温控系统的高鲁棒性结构。这种结构设计导致重量大、成本高。

此外，在不久的将来，未来观测系统的采集表面要求说明它们的结构应该是可展开的。上述望远镜包括主反光镜、与主反光镜分开选定距离的次反光镜、以及包含主反光镜的支撑底座，支撑底座上设置支撑次反光镜的支架的机械结构。可展开结构是指这样的结构：在第一配置中，次反光镜可位于靠近或接触支撑底座的位置，在第二配置中，次反光镜可与主反光镜分开。通过这种结构，可以减小将卫星从地面运输到其飞行轨道上时卫星的体积，从而可以在运载火箭上装载更多颗卫星。但是，对于这样的结构，必须构思能够在飞行中执行光学调节的系统。

为此，具有用于机械调节和校正的系统的望远镜已被开发，所述系统包括位于次反光镜的接口处的六角台。该六角台包括致动器系统、致动器和供电电缆的控制系统。该方案涉及也是可展开的致动器和供电电缆。例如，已知美国专利US6,477,912描述了一种用于控制诸如望远镜次反光镜的板的机械系统。

用于校正的主动控制系统通常使用波前重建算法。例如，美国专利US4,309,602描述了一种用于光学系统的控制方案，其采用例如基于相位差的波前重建算法。

图1显示了现有的空间望远镜的简化图，该空间望远镜具有主反光镜和次反光镜106。主反光镜(未显示)位于支撑底座100上，次反光镜106由不可展开且固定的第一机械结构110以及第二机械结构支撑，第一机械结构110包括三对机械臂101并用于分开次反光镜与主反光镜，第二机械结构包括连接次反光镜106与板107的机械元件103。通过致动器102由移动板107来改变次反光镜的位置。板107、次反光镜106、致动器102和第二机械结构形成能够改变次反光镜的位置的六角台结构120。六角台还包括用于供电、控制等功能的电气系统。后一种方案虽然能校正次反光镜的位置和方向，但是其增大了远离光学系统的重心处的质量。这种配置降低了系统的灵活性，降低了望远镜的第一自然模式的振动频率。此外，次反光镜处质量的增大要求增大结构的刚度，以便能够承受起飞阶段的加速度，因此增大了结构的质量。

INRIA(国家情报与自动化研究协会)的法国专利2628670已知描述了用于机器人领域、特别是用于机器人手部设计或者飞行模拟器设计的铰接设备。该铰接设备具有高定位精度。

发明内容

本发明的目的是克服上述方案的缺陷，并提供一种具有用于光学器件的主动控制的装置的光学系统，所述光学系统的范围更广、性能更好并且能够承受空间使用中的应力。

更具体而言，本发明涉及一种光学空间观测系统，至少包括主反光镜、次反光镜、包含主反光镜的支撑底座、以及光电测量装置，在所述支撑底座上设置有支撑所述次反光镜的支架的机械结构，所述机械结构包括多个机械臂和捕获通过所述光学空间观测系统获得的图像的所述光电测量装置，根据本发明的光学空间观测系统的特征在于：

所述光学空间观测系统具有计算装置，其基于所述光电测量装置传输的数据计算用于校正所述次反光镜的定位的数据，

所述光学空间观测系统还具有包括位于所述支撑底座上的多个致动器的系统，所述致动器连接到所述机械臂的下端，所述机械臂的上端连接到所述次反光镜的支架的周边，

通过致动器在平移路径上根据所述校正数据移动所述机械臂的下端来调节所述次反光镜的定位。

在校正阶段过程中，所述机械臂的长度是恒定的，所述次反光镜固定在其支架上。

本发明是有利的，因为作为用于望远镜的光学器件的主动控制系统的电子和机械装置的部件位于支撑底座上。因此质量主要分布在底座上，因此重心降低。