大口径空间相机地面装调时的重力卸载方法

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1、第37卷第5期航天返回与遥感2016年10月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING69大口径空间相机地面装调时的重力卸载方法李玲赵野（北京空间机电研究所，北京100094）摘要大口径空间相机在地面装调时，结构受重力影响较大，各光学元件间的位置精度会发生变化。如果不对重力进行卸载，各反射镜间支撑结构在轨道空间的微重力环境下发生回弹，改变各元件之间的相对位置，会造成传递函数下降，影响系统成像品质。文章针对某型号三反同轴大口径空间相机，分析了在地面进行光轴水平状态装调时，结构的重力变形对镜头传递

2、函数的影响，计算结果表明反射镜支撑结构的重力变形会造成光学传递函数下降超过20%。针对重力的影响，需要对次镜和三镜所处悬臂端进行卸载。文中设计了五种卸载方案，对各方案分别进行仿真和优化计算，确定了卸载方式和卸载力的大小，并设计了一套卸载装置，在实际装调中根据测试结果对卸载力进行修正。试验结果证明该方法满足系统调试要求，可为其它大口径相机地面装调的重力卸载提供参考。关键词大口径地面装调重力卸载优化空间相机中图分类号:TH74文献标志码:A文章编号:1009-8518(2016)05-0069-08DOI:10.396

3、9/j.issn.1009-8518.2016.05.008AGravityUnloadingMethodofOn-groundAlignmentforLargeApertureRemoteSensorLILingZHAOYe（BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,China）AbstractWhileassemblingandaligningontheground,structureoflargeapertureremotesenso

4、risgreatlyaffectedbygravity.Withthedeformationofsupportingstructure,positionaccuracyofopticalelementswillchange.Ifgravityisnotunloaded,mirrorsupportingpartwillreboundunderspacemicrogravityenvi-ronmentandthustherelativelocationofmirrorswillalterandsystemMTFwill

5、drop.Inthispaper,alargecoaxialthree-mirrorspacecameraisconsidered.Whilealigningwithhorizontalopticalaxis,theeffectofgravityonthelenstransferfunctionisanalyzed.Unloadingschemeischosen,unloadingmannerandforcemagnitudearedesignedbasedonsimulationandoptimization.U

6、nloadingdeviceisdevelopedandused.Expe-rimentresultsshowthatthismethodsatisfiesthesystemassemblingrequestsandcanbeareferenceforotherlargeaperturecamera.Keywordslargeaperture;on-groundalignment;gravityunloadingmethod;optimization;spacecamera0引言光学装调的精度对空间光学相机的成像品

7、质起关键作用。在地面进行系统装调时，重力原因产生的[1]结构变形导致光学元件的面形和位置精度（镜间距、平移、倾角）发生变化，造成离焦和系统传递函数（MTF）下降。如果偏移量超出允许范围，相机在轨运行时处于微重力环境下，装调时的重力变形会收稿日期：2016-03-2170航天返回与遥感2016年第37卷发生回弹，各反射镜的相对位置变化最终降低光学系统传递函数，影响成像品质。某大口径空间相机镜头在光轴水平状态下进行镜头装调，前后镜身均处于悬臂状态。根据结构力学分析的结果，支撑结构在重力下变形导致的次镜偏移达到0.03m

8、m量级，对系统装调提出了较高的要求，在镜头装调过程中必须考虑重力的影响。[2-3][4-5]在相机装调过程中如何对重力进行卸载，目前的研究多集中于设计适当的支撑结构及测量方式以保证主反射镜的加工、装配面形精度。如果超大口径反射镜的支撑结构受质量限制不能满足地面装调要求，则需要引入额外的卸载装置。文献[6]在设计空间太阳望远镜1m主镜支撑方案时，地面光轴竖直装