一种新型轻量化反射镜结构及其在空间望远镜相关跟踪摆镜上的应用研究

第50卷第2期Vol.50No.22021年2月Feb.2021红外与激光工程Infrared and Laser Engineering0450mm口径空间天文相机轻量化碳化硅主反射镜组件设计凤良杰，成鹏飞，王炜(中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室，陕西西安710119)摘要：针对某空间天文相机对轻量化、光学效率、杂光抑制与探测能力的需求，设计0450mm口径碳化硅主反射镜，镜体轻量化率超过70%；选取线膨胀系数匹配的殷钢材料，设计基于两脚架柔性结构的侧面支撑以消除装配应力和热应力，通过渗硅改性获取高反射率光学镜面。

光学加工完成后反射镜质量7kg,反射率优于98%O在严格的工艺条件控制下，对反射镜组件进行精密装配。

光学检测结果表明，反射镜装配完成后面形误差优于0.02A RMS,与分析结果吻合。

证明了空间天文相机主反射镜组件结构设计方案与装调工艺的合理性，满足空间天文相机光学设计要求。

关键词：空间天文相机；碳化硅反射镜；轻量化设计；柔性支撑中图分类号：V447+.1文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA20200175Design of¢450mm light-weighted SiC mirror subsystem inspace-based astronomy telescopeFeng Liangjie,Cheng Pengfei,Wang Wei(The Space Optical Technology Research Department,Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics ofChinese Academy of Sciences,Xi'an710119,China)Abstract:A¢450mm primary mirror subsystem of a space-based astronomy telescope was designed with mass,optical surface distortion and reflectivity requirement.The opeback primary mirror was made of pressure­less sintering silicon carbide,light-weighted at a ratio of approximately70%.Three side supporting invar flexure bipods were designed to minimize the assembling stress and the thermal stress.The high reflection was obtained from the optical surface cementite.The mirror weighted7kg and the reflectivity was98%after optical polishing. The mirror subsystem was precisely assembled under the strict technical condition.The optical test with interferometer show that the optical surface distortion is less than0.02z RMS,which meet the critical optical requirements for the primary mirror of the space-based astronomy telescope.Key words:space-based astronomy telescope;SiC mirror;light-weighted design;flexure support收稿日期:2020-05-16；修订日期:2020-09-09基金项目：中法合作天文卫星项目(Space Variable Objects Monitor)0引言伽玛射线暴(又称伽玛暴)是宇宙中发生的最剧烈的爆炸，数十年来，人们对其本质了解的还不很清楚，但基本上可以确定是发生在宇宙学尺度上的恒星级天体中的爆发过程。

一种新型轻量化反射镜结构及其在空间望远镜相关跟踪摆镜上
的应用研究
马骥;胡企千
【期刊名称】《天文研究与技术－国家天文台台刊》
【年(卷),期】2007(004)004
【摘要】本文提出一种新的反射镜轻量化方案.此方案在结构特征和减重比例上接近蜂窝结构,减重效果比背面开孔的镜子和拱形镜要好得多;同时又可避免蜂窝镜的制造难度.另外,本文还就此方案在空间太阳望远镜(SST)的相关跟踪摆镜上的应用进行探讨,给出了主要结构参数和镜面变形分析结果,其结果表明,此轻量化平面镜能满足SST的使用要求.
【总页数】6页(P383-388)
【作者】马骥;胡企千
【作者单位】中国科学院研究生院,北京,100049;中科院南京天文仪器研制中心,南京,210042;中科院国家天文台南京天文光学技术研究所,南京,210042
【正文语种】中文
【中图分类】P111.21
【相关文献】
1.粘弹性约束阻尼在空间大口径反射镜上的应用研究 [J], 邱军晖;范斌;连华东
2.一种新型轻量化扫描反射镜设计 [J], 王诚;韩建忠;李江勇
3.一种新型轻量化振动反射镜结构 [J], 李浩田;朱秋东
4.某空间望远镜相关跟踪系统摆镜的设计与研究 [J], 王洪伟;阮萍;徐广州;杨建峰
5.某空间望远镜相关跟踪系统摆镜随机振动分析 [J], 王洪伟;阮萍;徐广州;杨建峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

专利名称：一种超轻量化空间相机反射镜专利类型：实用新型专利
发明人：庄国庆
申请号：CN200420012895.2
申请日：20041224
公开号：CN2757148Y
公开日：
20060208
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提出了一种超轻量化空间相机反射镜，该反射镜由基层(1)、面层(2)和镀层(3)组成：基层(1)是反射镜的主体，系采用以多层立体编织碳纤维或芳纶纤维为骨架、层间及骨架间隙中充满热塑性树脂复合层经复合而成，其厚度可根据设计要求而定，骨架可采用整体结构，也可以采用多层骨架叠加复合，孔隙率为40～60％；基层(1)也可采用碳纤维及玻璃微珠增强的热塑性树脂复合材料经注塑一次成型；面层(2)采用光学加工性好的树脂层通过溶液涂覆或熔融成型方法成型，经光学加工后形成需要的反射面型；该层树脂可采用酯类或胺类聚合物。

镀层(3)是在面层(2)加工完成后在其上面的高附着性金属镀层以提供优良的反射性能。

申请人：中国科学院长春应用化学研究所
地址：130022 吉林省长春市人民大街5625号科研处
国籍：CN
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空间反射镜结构轻量化设计研究安鲁明;张淑杰;周成林;贾建军【摘要】为提高空间反射镜的轻量化率,设计了一种新型空间反射镜结构.以空间望远镜次镜为研究对象,首先对实体镜坯进行了拓扑优化,根据材料分布结果建立了次镜初步模型;对初步模型进行了尺寸、形状联合优化,进而得到了一种新型次镜结构.其次建立了采用背部三角形轻量化孔的传统次镜结构模型,对其进行了尺寸、形状联合优化.最后将新型结构与传统结构进行了对比;对两种结构分别进行了重力释放载荷下的有限元分析,根据分析结果计算出了镜面变形的RMS值.综合镜体质量和RMS值数据来看,在两种结构的面形精度近似的情况下,新型次镜结构在轻量化率方面更占优势.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2019(041)006【总页数】4页(P106-109)【关键词】空间反射镜;轻量化率;拓扑优化;形状尺寸联合优化【作者】安鲁明;张淑杰;周成林;贾建军【作者单位】同济大学航空航天与力学学院,上海 200092;同济大学航空航天与力学学院,上海 200092;中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083;中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083【正文语种】中文【中图分类】TH740 引言反射镜是空间光机系统的核心结构，对成像精度起到至关重要的作用。

作为航天器组成结构，反射镜的质量越小则成本越低，但质量过轻会引起镜片变形过大，无法保证成像质量。

因此，在设计阶段应对空间反射镜进行轻量化设计，在保证成像精度满足要求的前提下力求结构质量最轻[1,2]。

在国内外的反射镜轻量化设计中，目前被广泛采用的结构形式是背部轻量化孔的蜂窝结构，主要包括三角形孔、圆形孔和正六边形孔等[3～5]。

这类结构在不同口径的反射镜设计中被普遍采用，简化了设计过程，但也存在一定的局限性，即忽略了反射镜口径的差异性，无法使轻量化率达到最高。

采用拓扑优化设计可以改进上述不足。

通过对反射镜模型进行拓扑优化，得出使得反射镜质量最轻的材料分布方式，然后经详细优化得到反射镜各部位的厚度、高度等具体参数值。

毕业设计(论文)开题报告题目：新型铝合金轻质反射镜的研究院（系）材料与化工学院专业金属材料工程班级080301姓名马延帅学号080301111导师高培虎2012年3 月3 日（3）精抛精抛主要使用钻石研磨膏。

用抛光布轮混合钻石研磨粉或研磨膏进行研磨，通常的研磨顺序是9 μ m （#1800 ）~ 6 μ m （#3000 ）~3 μ m （#8000 ）。

9 μ m 的钻石研磨膏和抛光布轮可用来去除#1200 和#1500 号砂纸留下的发状磨痕。

接着用粘毡和钻石研磨膏进行抛光，顺序为 1 μ m （#14000 ）~ 1/2 μ m （#60000 ）~1/4 μ m （#100000 ）。

镀银的程序【10】1.玻璃片的清洗：将普通玻璃片放入10%的NaOH溶液中浸泡3分钟，取出，用蒸馏水冲洗干净。

（玻璃片上不挂水珠为干净）2.加热用水浴锅加热水至沸腾，将洗净的玻璃片放置于水浴锅上，加热。

3.制银：取银氨溶液5mL于试管中，加入的10%葡萄糖（5滴左右）充分摇匀后，立即倒在玻璃片中心，用毛笔赶向玻璃片周围，待一会儿观察到有银析出，待反应完后去下玻璃片在酒精灯上烘干。

2.2.3银反射层的保护镀银层的保护采用在银的表面均匀的涂抹一层透明的环氧树脂胶【11】，并将厚度约为0.5mm的SiO2薄板粘在上面。

所用环氧透明胶为103丙稀酸透明AB胶，该胶具有耐冲击强度高、耐热性、耐振动等优异特点；对于各类金属同质或异质互相粘着，及磁铁、玻璃、陶瓷、宝石均可达到理想工艺效果。

使用方法【12】为，使用时A剂与B剂比重为1：1混合，搅拌均匀，均匀的涂抹于被接着体上，并予以贴合轻压即可，5分钟左右即可初固，24小时可达最高强度。

图2.2 103丙稀酸透明AB胶3.1 ZB-80型等离子喷涂设备完成工作的方案及进度计划。

第44卷第1期航天返回与遥感2023年2月SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING117用于空间快速指向机构的轻量化反射镜研究万渊1,2熊恒1宋铁强1,2刘继桥1,2侯霞1,2,*（1 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海201800）（2 中国科学院大学，北京100049）摘要为了满足空间激光通信和激光雷达载荷中快速控制反射镜的使用需求，研制了一种轻量化SiC反射镜。

首先，根据指向机构的使用工况和动力学响应要求，对反射镜结构的安装形式以及轻量化进行了优化设计；其次，通过有限元仿真分析，计算出反射镜的动态特性和安装使用中的面形变化，模拟出镀膜应力对反射镜面形的影响；最后，结合镀膜应力的产生机理和作用方式，在反射镜光学加工阶段预制面形补偿，解决了反射镜镀膜中面形退化问题。

测试结果表明，反射镜在装配过程中的面形变化均方根（RMS）≤0.005λ（λ为波长，λ=632.8nm），反射镜安装后的最终面形变化RMS值为0.019λ，可以满足系统使用的指标要求。

该反射镜的结构设计与分析流程以及镀膜加工方法可以应用到其他类似反射镜的设计与加工过程。

关键词快速控制反射镜轻量化镀膜应力有限元仿真预制面形中图分类号: O439文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2023)01-0117-09DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2023.01.013Research on Lightweight Mirrors for Space Fast PointingMechanismsWAN Yuan1,2XIONG Heng1SONG Tieqiang1,2LIU Jiqiao1,2HOU Xia1,2,*（1 Aerospace Laser Engineering Department, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201800, China）（2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China）Abstract In order to meet the requirements of the fast steering mirror in space laser communication and Lidar payloads, a lightweight SiC mirror is developed. Firstly, according to the working conditions and dynamic response requirements of the pointing mechanism, the installation form and lightweight structure of the mirror are designed. Secondly, through the finite element simulation analysis, the dynamic characteristics of the mirror and the surface shape change in installation and operation are calculated, and the influence of coating stress on the reflection surface is simulated. Finally, combined with the generation mechanism and action mode of coating stress, the surface shape compensation is prefabricated in the optical processing stage, which solves the problem of surface shape degradation in the coating of the mirror. The test results show that the surface shape change root mean square (RMS) in the assembly process is less than 0.005λ, and the final surface shape change RMS after installation is 0.019λ, which can meet the system requirements. The structural design and收稿日期：2022-05-12基金项目：上海市自然科学基金（22ZR1402600）引用格式：万渊, 熊恒, 宋铁强, 等. 用于空间快速指向机构的轻量化反射镜研究[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(1): 117-125.WAN Yuan, XIONG Heng, SONG Tieqiang, et al. Research on Lightweight Mirrors for Space Fast Pointing118航天返回与遥感2023年第44卷analysis process of the mirror and the coating processing method can be applied to the design and processing of other similar mirrors.Keywords fast steering mirror; light-weight; coating stress; finite element simulation; prefabricated surface shape0 引言空间激光通信、空间激光遥感对激光的指向有着极高的要求，所用的光学系统往往需要快速控制反射镜（Fast Steering Mirror，FSM）对激光光束进行精准快速的定位。

1.5m量级空间轻量化碳化硅反射镜镜坯制备关键技术及应用1. 引言1.1 概述现代航天技术的快速发展对光学设备的要求越来越高，特别是在空间观测任务中，反射镜作为关键部件之一，对于获得清晰、准确的图像具有重要意义。

碳化硅材料由于其出色的热性能和机械性能，成为了广泛应用于空间领域的首选材料之一。

然而，制备大尺寸低质量的碳化硅反射镜仍然是一个具有挑战性的问题。

因此，本文将重点介绍1.5m量级空间轻量化碳化硅反射镜镜坯制备关键技术，并探讨其在航天领域中的应用。

1.2 文章结构本文共分为五个部分。

引言部分主要介绍了文章的背景、目标和结构。

第二部分将详细介绍碳化硅反射镜镜坯制备技术，包括空间轻量化要求、碳化硅材料选择与制备方法以及镜坯模具设计与制备等内容。

第三部分将阐述1.5m碳化硅反射镜制造工艺流程，包括镜面抛光工艺优化、表面贴膜处理技术研究以及反射镜性能测试与评估方法研究等方面。

第四部分将对碳化硅反射镜在航天领域的应用发展现状进行分析，包括卫星观测任务需求对反射镜性能的影响分析、国内外空间碳化硅反射镜应用案例分析以及发展趋势及未来展望等内容。

最后一部分为结论，总结了本文的主要内容和取得的成果。

1.3 目的本文旨在系统地研究1.5m量级空间轻量化碳化硅反射镜镜坯制备关键技术，并深入探讨其在航天领域中的应用前景。

通过对碳化硅材料选择、制备方法、模具设计与制备的探讨，以及对工艺流程优化、表面贴膜处理技术和性能测试方法的研究，有助于提高大尺寸轻量化碳化硅反射镜的制造水平，并推动其在航天领域中更广泛的应用。

同时，本文还将分析了当前碳化硅反射镜在航天领域的应用发展现状，为未来的研究和应用提供有益的参考。

以上就是本文引言部分的详细内容，主要介绍了文章的背景及意义、结构以及研究目的。

接下来将在第二部分中详细介绍碳化硅反射镜镜坯制备技术。

2. 碳化硅反射镜镜坯制备技术2.1 空间轻量化要求随着航天任务的发展，对空间装备的要求越来越高，其中之一就是重量限制。

空间光学反射镜轻量化技术现状分析
陈亚
【期刊名称】《《光机电信息》》
【年(卷),期】2011(28)5
【摘要】随着空间光学遥感器分辨率的提高,反射式空间光学主镜口径不断增大,对反射镜进行轻量化设计已经成为空间大口径反射镜的关键技术。

分别从材料选择、结构形式、制造工艺等方面对国内外空间光学反射镜的轻量化技术进行了系统的评述,分析了空间轻质反射镜技术的现状和发展趋势,并对今后的研究工作提出了建议。

【总页数】5页(P12-16)
【作者】陈亚
【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春 130033
【正文语种】中文
【中图分类】TH703
【相关文献】
1.空间光学系统反射镜轻量化技术综述 [J], 国绍文;王武义;张广玉;赵学增
2.空间光学遥感器反射镜组件中环氧胶的选用 [J], ZHOU Xiaohua;XING
Hui;YANG Jukui
3.空间光学反射镜轻量化技术现状分析 [J], 陈亚
4.空间光学遥感器长条形反射镜集成优化设计 [J], 李叶文; 李宗轩; 刘瑞婧; 宋伟阳; 张丽敏
5.3m级大口径空间光学主反射镜的轻量化结构优化 [J], 郎明;胡瑞;张媛媛;陈刚荣;陈小安;胡桂涛
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