临近空间816 mm口径望远镜复合支撑主镜组件设计

罗致帮; 李巍; 徐佳坤; 王克军; 王晓东

doi:10.37188/OPE.20212903.0558

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临近空间816 mm口径望远镜复合支撑主镜组件设计

更新时间：2021-04-09

- 临近空间816 mm口径望远镜复合支撑主镜组件设计
- Design of primary mirror assembly with compound support for Φ816 mm near space telescope
- 光学精密工程 2021年29卷第3期页码：558-570
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
  2.中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
- 作者简介：
  
  [ "罗致帮（1996-），男，江西南昌人，硕士研究生，主要从事天基大口径望远镜光机结构设计方面的研究。E-mail：luozhibang18@mails.ucas.ac.cn" ]
  [ "李　巍（1970-），男，吉林长春人，研究员，硕士生导师，博士。主要从事空间光学遥感器总体设计的研究。E-mail：leew2006@ciomp.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  中国科学院战略性先导科技专项( A 类)资助(XDA1704010205);国家自然科学基金青年基金资助项目(11703027)
- DOI：10.37188/OPE.20212903.0558
  中图分类号： TH751
- 收稿日期：2020-12-04，
  
  修回日期：2020-12-28，
  
  纸质出版日期：2021-03-15
- 稿件说明：
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罗致帮,李巍,徐佳坤等.临近空间816 mm口径望远镜复合支撑主镜组件设计[J].光学精密工程,2021,29(03):558-570.

LUO Zhi-bang,LI Wei,XU Jia-kun,et al.Design of primary mirror assembly with compound support for Φ816 mm near space telescope[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(03):558-570.
罗致帮,李巍,徐佳坤等.临近空间816 mm口径望远镜复合支撑主镜组件设计[J].光学精密工程,2021,29(03):558-570. DOI： 10.37188/OPE.20212903.0558.

LUO Zhi-bang,LI Wei,XU Jia-kun,et al.Design of primary mirror assembly with compound support for Φ816 mm near space telescope[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(03):558-570. DOI： 10.37188/OPE.20212903.0558.

摘要

针对某临近空间望远镜高面形精度和0°~65°观测角度的要求，设计了816 mm口径的SiC主镜组件。依据经验公式和拓扑优化方法，完成了主镜的设计，基于大口径反射镜复合支撑原理、功能分配和指标分配以及解耦标准设计了主镜支撑组件，最后根据支撑结构形式和装配公差要求设计了主镜组件装配工装并制定了装配工艺流程。对主镜组件进行了静力学和动力学仿真验证，然后对主镜组件进行振动、面形检测和倾角等试验验证。试验结果表明，主镜组件在光轴水平，1 g重力作用下面形精度RMS值为0.019

（

=632.8 nm），反射镜翻转180°后的面形RMS为0.02

；总质量为102.7 kg，基频为171 Hz，振动前后RMS值基本不变，与分析结果吻合。证明该主镜组件的设计与装调工艺的合理性，满足临近空间望远镜的设计要求。

Abstract

To meet the requirements of the near-surface telescope's high surface accuracy and 0°-65° observation angle， a

816-mm SiC aperture primary mirror assembly was designed. The design of the primary mirror was completed according to the empirical formula and topology optimization method. Based on the principle of compound support of large-aperture mirrors and the methods of function allocation and index allocation， a primary mirror support assembly was designed， and decoupling standards were formulated. According to the supporting structure and assembly tolerance design requirements for the primary mirror component assembly tooling and assembly process. Finite-element software was used to verify the statics and dynamics of the primary mirror assembly， and the primary mirror assembly was verified by performing experiments such as vibration， surface shape detection， and inclination. The test results show that the primary mirror assembly is at the optical axis level， RMS value of the profiling accuracy under the action of 1 g gravity is 0.019

（

=632.8 nm）， and RMS of the surface shape after the mirror is turned by 180° is 0.02

. The total mass is 102.7 kg， fundamental frequency is 171 Hz， and RMS values before and after vibration are unchanged， which is consistent with the analysis results. The results proved that the design and installation process of the composite support are reasonable， and that they meet the design requirements of near-space telescopes.

关键词

Keywords

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刘奉昌，李威，赵伟国，等 . 临近空间球载望远镜概述及发展趋势［J］. 激光与红外， 2019 ， 49 （ 11 ）： 1275 - 1281 .

LIU F CH ， LI W ， ZHAO W G ， et al . . Overview and developing trends of balloon-borne telescopes in near-space ［J］. Laser & Infrared ， 2019 ， 49 （ 11 ）： 1275 - 1281 . （in Chinese）

KREMIC T ， CHENG A F ， HIBBITTS K ， et al .. Stratospheric balloons for planetary science and the Balloon Observation Platform for Planetary Science （BOPPS） mission summary ［C］. 2015 IEEE Aerospace Conference. March 7 - 14 ， 2015， Big Sky， MT， USA . IEEE ， 2015 .

SHOJI Y ， TAGUCHI M ， NAKANO T ， et al . . FUJIN-2： balloon borne telescope for optical observation of planets ［J］. Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences ， Aerospace Technology Japan ， 2016 ， 14 （ 30 ）： 95 - 102 .

Friedman E . Photonics Rules of Thumb ［M］. New York ： McGraw Hill ， 2003 .

YODER P . Opto-mechanical Systems Design ［M］. New York ： Marced Dekker Inc .， 1993

周平伟 . 空间2 m级主镜稳健性设计及支撑关键技术研究［D］. 北京：中国科学院大学， 2020 .

ZHOU P W . Research on Robust Design of A 2 m Space Primary Mirror and the Key Technology of Supports ［D］. Beijing ： University of Chinese Academy of Sciences ， 2020 . （in Chinese）

ZHOU P W ， XU S Y . Fast optimal design of a flexure for lightweight， horizontally supported mirror ［J］. Journal of Astronomical Telescopes ， Instruments ， and Systems ， 2019 ， 5 （ 2 ）： 024001 .

王克军，董吉洪，宣明，等 . 空间遥感器大口径反射镜的复合支撑结构［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 7 ）： 1719 - 1730 .

WANG K J ， DONG J H ， XUAN M ， et al . . Compound support structure for large aperture mirror of space remote sensor ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 7 ）： 1719 - 1730 . （in Chinese）

屈艳军 . 空间大口径反射镜拓扑优化设计及运动学支撑技术研究［D］. 北京：中国科学院大学， 2019 .

QU Y J . Research on Topology Optimization Design and Kinematic Supporting Techniques for a Large Aperture Space Mirror ［D］. Beijing ： University of Chinese Academy of Sciences ， 2019 . （in Chinese）

邵亮，吴小霞，陈宝刚，等 . SiC轻量化主镜的被动支撑系统［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 5 ）： 1380 - 1386 .

SHAO L ， WU X X ， CHEN B G ， et al . . Passive support system of light-weighted SiC primary mirror ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 5 ）： 1380 - 1386 . （in Chinese）

WEINGROD I ， CHOU C Y ， HOLMES B ， et al .. Design of bipod flexure mounts for the IRIS spectrometer ［C］. Optomechanical Engineering 2013 . San Diego， California， USA . SPIE ， 2013 ， 8836 ： 8360Q .

李剑锋，吴小霞，李玉霞，等 . 大口径主镜位置的实时检测［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 11 ）： 2721 - 2729 .

LI J F ， WU X X ， LI Y X ， et al . . On line measurement of position for large primary mirror ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2016 ， 24 （ 11 ）： 2721 - 2729 . （in Chinese）

JIANG P ， ZHOU P W . Optimization of a lightweight mirror with reduced sensitivity to the mount location ［J］. Applied Optics ， 2020 ， 59 （ 12 ）： 3799 .

郭疆，朱磊，赵继，等 . 大口径空间反射镜大容差支撑结构设计与优化［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1138 - 1147 .

GUO J ， ZHU L ， ZHAO J ， et al . . Design and optimize of high tolerance support structure for large aperture space mirror ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1138 - 1147 . （in Chinese）

李钰鹏，王智，沙巍，等 . Bipod反射镜支撑结构的柔度计算及分析［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 7 ）： 1691 - 1697 .

LI Y P ， WANG ZH ， SHA W ， et al . . Flexibility calculation and analysis of Bipod reflector support structure ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 7 ）： 1691 - 1697 . （in Chinese）

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