[发明专利]长波红外充气式薄膜反射镜及其主镜面形生成方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种用于作为大口径空间望远镜系统的充气式薄膜反射镜及其主镜面形生成方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展，对光学反射镜的要求越来越高，低成本、高分辨率、重量轻、便于携带成为重要的技术指标。传统的反射镜受到镜体本身重量的约束很难满足大口径的要求，使得成像分辨率很难提高，并且随着口径的增加其可携带性较差，不满足运载火箭承载空间要求。

目前解决空间大口径要求的主要方法为孔径拼接技术，即用尺寸小的反射镜合成大孔径的拼接镜面，但这种方法制备的空间反射镜受到反射镜自身重量的限制很难实现超大孔径，难以满足空间反射镜对更大口径的需求。

充气式薄膜反射镜的出现很好的解决了口径与重量之间的矛盾。由于聚酰亚胺薄膜的机械性能、耐热性、耐腐蚀性等均满足制备反射镜的条件，所以一般采用聚酰亚胺薄膜作为制造反射镜的薄膜材料。用聚酰亚胺薄膜制作充气式薄膜反射镜比传统反射镜具有明显的优势：质量非常小、可制成大孔径系统，解决反射镜口径和重量相互制约的问题。

目前，充气式薄膜反射镜主要用于空间天线与太阳能帆板等领域，这是由于制造满足光学成像要求的薄膜很困难。国内外科研院所在聚酰亚胺薄膜领域进行了大量科学实验，证明了充气式薄膜反射镜可应用于光学成像，但薄膜面形成型制造工艺比较繁琐，实施起来难度较大。

充气式薄膜反射镜作为大口径空间望远镜主镜具有很多优点，但是充气后得到的面形很难保证光学成像的要求，制备满足光学成像要求的薄膜成为当前充气式反射镜面临的重要问题。

发明内容

为了解决目前大口径空间望远系统的主镜面形设计难度，本发明提出了一种长波红外充气式反射镜装置以及主镜抛物面面形生成方法。

本发明提出的充气式薄膜反射镜由第一聚酰亚胺薄膜层和第二聚酰亚胺薄膜层组成，两层聚酰亚胺薄膜之间通过密封圈实现密封连接，密封圈上设有充气孔，充气孔通过充气管与充气装置连接；所述第一聚酰亚胺薄膜层是透明的；第二聚酰亚胺薄膜层作为工作反射面是不透明的，靠近第一聚酰亚胺薄膜层的表面镀一层均匀等厚度的铝膜，另一侧表面镀铜膜。薄膜反射镜充气后，实际面形与理想抛物面有较大的差异，通过镀膜方法预先对薄膜进行处理，使薄膜反射镜的面形满足所要求的抛物面，即采用在基底上镀不同厚度的铜膜实现变化薄膜的弹性模量，从而改善薄膜反射面的表面面形近似接近理想抛物面，以达到光学成像系统要求。

基于上述充气式薄膜反射镜主镜面形生成方法如下：

步骤一、计算充气式薄膜反射镜理想抛物面面形参数；

步骤二、根据薄膜反射镜面形尺寸将薄膜至少分为10个均等圆环，对每个圆环分配镀膜厚度；

步骤三、将薄膜放入真空镀膜机中，运用分层镀膜的方法，采用遮挡镀膜的方式分别从内向外进行预镀；

步骤四、利用膜层厚度仪控制镀层厚度，将此厚度输出与计算得出的理想厚度进行比较，并运用补偿法对理论模型进行校准，使实际的镀膜厚度达到或者接近理论计算薄膜厚度。

用聚酰亚胺薄膜制作充气式薄膜反射镜比传统反射镜具有明显的优势：质量非常小、可制成大孔径系统，解决反射镜口径和重量相互制约的问题。根据充气式所设计的充气式薄膜反射镜装置，提出了一种基于变镀膜厚度的方法来实现反射镜主镜表面面形的方法，来解决充气式薄膜反射镜面形生成难度。通过理论计算充气后薄膜与理想抛物面之间的面形误差即henky-curve曲线，将薄膜展平放在真空镀膜机中分为10个环带遮挡镀膜，每个环带对应henky-curve曲线不同位置，根据henky-curve曲线的误差值设定镀膜厚度，达到变弹性模量的目的，从而实现理想面形的抛物面表面，达到光学成像的目的。本发明具有以下优点：

1、本发明的长波红外充气式薄膜反射镜可用于光学成像，作为系统主镜其结构简单、质量较小、成本低、可制成大口径光学系统。

2、本发明通过镀膜膜层厚度的变化来实现充气式薄膜反射镜的反射面面形接近抛物面，这种方法工艺简单、易于实现和大规模推广，并且所生成的面形精度较高。

附图说明

图1为本发明所述长波红外充气式反射镜作为大孔径望远镜的结构示意图；

图2为本发明所述长波红外充气式反射镜作为大孔径望远镜主镜结构示意图；

图3为本发明所述长波红外充气式反射镜作为大孔径望远镜的镀膜膜层示意图。

具体实施方式