[发明专利]大型空间反射镜地面重力卸载支撑方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型空间反射镜地面重力卸载支撑方法，属于空间光学技术领域。

背景技术

空间光学遥感器运行在太空的微重力环境中，而其空间反射镜组件的加工、检测和装配均在地面的重力环境下进行。不同的重力环境使空间反射镜组件的受力情况发生变化，进而使空间反射镜发生形变，导致反射镜的面形精度下降，空间光学遥感器的成像质量下降。因此，在空间反射镜组件的设计中需要尽量降低重力对空间反射镜面形精度的影响，保证空间光学遥感器的成像质量。

目前，空间反射镜组件常采用对重力不敏感的刚性结构设计来降低重力的影响。通过增强反射镜及其支撑结构的刚度，使在地面加工、装配的反射镜组件进入太空失去重力作用后，几乎不发生形变，面形精度不发生变化。但是，这种设计方法只适用于中、小尺寸的空间反射镜；对于大型空间反射镜，由于结构尺寸较大，结构刚度的增加会使空间反射镜组件的结构尺寸和重量大大增加，无法满足空间光学遥感器的重量要求。

中国专利公开号为CN102436052A，名称为“一种大口径轻质反射镜光轴水平重力卸载支撑方法”所公开的反射镜重力卸载支撑方法与本发明的应用领域相同，但其使用条件存在明显的局限性，该方法只能在反射镜裸镜的加工和检测阶段适用，而且其复杂的滑轮组吊绳结构无法在后期的反射镜组件加工和装调、镜头装调、环境试验和光学性能测试等阶段进行反射镜重力卸载。因此，在大型空间反射镜由地面加工、装配时的重力环境进入到太空工作时的微重力环境的过程中，两种重力环境变化会引起反射镜面形精度下降，使空间光学遥感器成像质量下降的问题。

发明内容

本发明为了解决在大型空间反射镜由地面加工、装配时的重力环境进入到太空工作时的微重力环境的过程中，两种重力环境变化会引起反射镜面形精度下降，使空间光学遥感器成像质量下降的问题，提出一种可在空间光学遥感器研制的全过程中对空间反射镜组件进行主动支撑的大型空间反射镜地面重力卸载支撑方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

大型空间反射镜地面重力卸载支撑方法，包括以下步骤：

步骤一，采用有限元分析软件对空间反射镜组件1进行有限元建模，分析空间反射镜组件1在水平放置时由重力引起的镜面面形精度变化情况；

步骤二，根据空间反射镜11尺寸、镜面面形精度变化分析结果及空间反射镜支撑结构12布局情况，初步确定位于空间反射镜11背部的主动支撑点数量及其分布；

步骤三，在有限元分析软件中，在空间反射镜11的主动支撑点上施加支撑力后，分析空间反射镜组件1在水平放置时重力引起的镜面面形精度变化情况，通过对镜面面形精度结果的分析，调整主动支撑点上施加支撑力的大小、主动支撑点数量及其分布，通过多次迭代分析，使空间反射镜组件1的镜面面形精度结果满足光学设计要求，实现反射镜的重力卸载；

步骤四，根据步骤三中主动支撑点上施加支撑力的分析结果来选择相应的直线步进电机3和弹簧单元4；

步骤五，将主动支撑连接板2螺接固定到空间反射镜组件1上，将直线步进电机3与弹簧单元4固定到一起组成连接体，多个连接体再分别固定到主动支撑连接板2上的多个接口上；

步骤六，按照主动支撑点上施加支撑力的分析结果，驱动直线步进电机3运动相应的距离，以使弹簧单元4受到压力从而在主动支撑点上施加支撑力。

步骤五中所述主动支撑连接板2上的多个接口是根据步骤三中主动支撑点的分布而对应设计。

本发明的工作原理：本发明首先利用有限元方法分析出空间反射镜组件1水平放置时在重力环境下镜面面形的变化值和变形趋势，其次对空间反射镜背部多个主动支撑点施加适当的支撑力，以抵消重力引起的镜面面形变化。将主动支撑连接板2、直线步进电机3、弹簧单元4与空间反射镜组件1连接在一起，驱动直线步进电机3进行直线运动，通过弹簧单元4将直线运动转化为弹簧的形变，实现弹簧单元4对空间反射镜11背部主动支撑点的支撑力。在空间反射镜组件1的研制过程中，对各主动支撑点一直施加支撑力以模拟在微重力环境下空间反射镜组件1的受力情况。空间光学遥感器发射到太空后，重力几乎为零，此时驱动直线步进电机3，将施加在空间反射镜组件1上的各主动支撑点的支撑力去掉，使空间反射镜组件1在地面重力环境与太空微重力环境下受力相同，镜面面形保持不变。