[发明专利]一种用于空间大口径反射镜的支撑组件

说明书

本发明公开了一种用于空间大口径反射镜的支撑组件。该支撑组件由反射镜支撑背板、支撑筒、锁紧螺母、柔性垫片组成。支撑筒用于限制反射镜除了轴向的另外5维自由度，锁紧螺母用于固定反射镜的轴向自由度。本发明的优点在于：该支撑组件解决了原有大口径离轴三反光学系统中反射镜支撑结构的复杂的设计及较高的装配工艺要求等问题。支撑组件具有结构简单，不需要繁杂的装配工艺及零件修配。解决了传统大口径支撑结构由于悬臂支撑、温度场变化以及安装检测方式对反射镜镜体带来的附加应力问题。同时可以有效的降低支撑对光学面型带来的影响。同时由于结构简单，对空间大口径光学载荷的轻量化有实际的工程意义。

技术领域

本发明属于航天领域，涉及一种用于空间大口径反射镜支撑组件，具体是为了解决航天领域中大口径反射镜的无应力支撑问题。本设计可以有效的简化大口径反射镜支撑的设计难度和工程实现的难度；可以有效的提高大口径反射镜的装校效率；也可以有效降低大口径反射镜装配应力对面型的影响。具有极大的工程实际应用价值和经济效益。

技术背景

随着我国航天事业的不断发展，空间光学遥感仪器的地面分辨率要求越来越高；同时，探测视场(幅宽)和探测灵敏度要求也越来越高；三反光学系统成为解决目前问题的一种趋势，目前已经开始研制分米级可见光和米级红外遥感仪器。随着地面分辨率的提高，对光学口径的需求越来越大，由原来200mm 口径，发展到1m口径，目前开始研制2m口径以上的反射镜；同时，光学像质的提高对光学零件的面型要求也越来越高。

反射镜是反射式光学系统的关键部件，反射镜支撑技术是大口径反射镜工程应用中的最关键技术之一。随着反射镜口径的增大，必须对其进行轻量化设计，以减轻自重变形的影响。主镜在轻量化以后，随着轻量化率的增加，虽然比刚度在提高，但其结构绝对刚度却在下降，因此镜面对支撑应力的敏感度也在迅速增大。同时，空间环境温度的改变也易通过支撑结构引起反射镜的面形变化。进入太空轨道以后，在地面已达到工程使用要求的主镜由于自重的消失和复杂的外界温度的变化，镜面面形也易发生变化，偏离设计和加工的要求，直接影响空间相机的成像效果。

根据主镜的工况、材料、加工、使用条件等的不同，支撑系统的设计要求也各不相同。空间光学系统中，主镜的支撑设计主要考虑重力、温度以及冲击振动的影响。因此，支撑系统的负载就是重力、热力学和动力学载荷。

对主镜的支撑实际上是在对主镜进行有效定位的同时卸载主镜的自重，以达到减小自重变形的目的，并且可承受温度和冲击的影响。现有的支撑方案都是在主镜的某些位置通过机械结构对其施加位置限定和力的作用，支撑力和镜体重力平衡，并且能够部分消除重力对镜面变形的影响。对于大口径主镜，使用的支撑系统有以下几种。

1)中心支撑

对于中小口径的反射镜，单独使用中心轴就能实现定位和约束；对于较大口径的反射镜，单独使用时镜面变形较大，此时要配合其他支撑方式，才能满足预定的支撑效果。此时，中心轴只起定位和约束的作用，承载很小。

2)多点支撑系统

典型的多点支撑系统有Grubb系统、Hinddle系统、Lassell系统和气(液) 压支撑系统等多种方式。

(1)Grubb支撑系统

这种系统采用铰链托架结构，利用镜子各个部分自身重量的相互平衡。这种结构是等效于杠杆机构，依靠空间杠杆的延伸部分和相应的镜体支撑部分相平衡，而支撑构件本身的刚度不会影响支撑效果。

(2)Hinddle支撑系统

该系统将杠杆机构应用到Grubb系统，相当于把两个Grubb系统用一个平衡杠杆连接起来，增加一个自由度。它不但扩展了支撑点的数量，而且不会出现过约束的问题。

(3)Lassell支撑系统