1 长光卫星技术有限公司, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了满足卫星平台热控指标及空间相机桁架的精密控温需求, 同时尽量降低卫星主动热控功耗, 合理规划了卫星热传递网络, 并进行了相机高精度控温设计。根据卫星结构布局、单机功耗分布和低倾角空间外热流特点进行了任务分析, 确定了热设计的重点和难点。然后进行了卫星热控系统的详细设计, 通过标定测温电路, 采用多层表面均温措施和开设各组件间的热交换通道, 合理利用整星资源进行了一体化热控设计, 并进行了热仿真分析。最后开展了卫星热平衡试验, 对热设计方案进行验证。卫星在轨飞行数据表明, 卫星各单机温度处于-.5~28.8 ℃, 相机桁架的温度波动和均一性小于±0.15 ℃, 在轨平均功耗为9.3 W, 满足平台的控温指标与相机的成像需求。热控分系统质量为1.5 kg, 仅占比整星质量的3%, 为低成本商业遥感卫星的热设计奠定了良好的基础。
商业遥感卫星 低倾角轨道 热设计 热试验 在轨飞行 commercial remote-sensing satellite low inclination orbit thermal design thermal test flying in orbit 光学 精密工程
2020, 28(11): 2497
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
采用全模式线性二次高斯控制时,多阶模式扰动模型的辨识以及高维控制矩阵的计算会导致实时处理机的计算负担加重。基于此,提出一种适用于实际自适应光学系统的混合控制方法。该方法联合最优模式增益积分控制和线性二次高斯控制算法,根据模式中是否含有窄带扰动来选择对应模式的控制策略。以云南抚仙湖观测站1 m新真空太阳望远镜中高阶自适应光学系统的实测数据为例,对提出的控制策略进行了验证。结果表明,采用本文提出的混合控制策略,使系统中95.85%的扰动得到有效滤除。该控制方法与全模式使用最优模式增益积分控制的方法相比,不同频率的窄带扰动得到明显抑制;该方法与全模式使用线性二次高斯控制的方法相比,扰动模型的辨识所花费的时间缩短了37.77%,控制运算所花费的时间缩短了73.8%,有利于扰动的实时校正。
自适应光学 最优模式增益积分控制 线性二次高斯控制 扰动 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 230101
1 长光卫星技术有限公司, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 中国科学院大学, 北京 100039
4 上海质量监督检验技术研究院, 上海 200233
为解决有限热控资源下卫星多个光学遥感载荷及平台单机的热控问题, 对该卫星采取主、被动热控相结合的设计方案。首先, 根据卫星自身特点、热控需求及轨道外热流确定热设计的总体方案; 接着, 针对光学载荷和平台重要单机进行详细热设计说明, 并利用有限元分析软件计算卫星各组件的温度结果; 然后, 开展整星热平衡试验, 获取试验温度结果判断热设计的正确性; 最后, 通过对比卫星在轨遥测、热分析及热试验温度数据, 验证了该热设计方案的实际效果。在轨遥测数据显示: 主载荷相机温度控制在19.7~20.3 ℃之间, 光学小载荷温度控制在-31.2~6.6 ℃之间, 舱内单机温度在9.7~29.5 ℃之间。各温度结果均满足热控指标要求, 在轨数据与热分析及热试验结果偏差小于±3 ℃。表明该光学遥感卫星热设计正确可行, 热分析及热试验过程合理可靠。
多光谱 卫星 热设计 热试验 在轨验证 multispectral satellite thermal design thermal test on-orbit validation
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
对太阳大气进行大视场高分辨力光学成像观测是开展太阳物理、空间天气等基础与应用研究的重要前提。对于地基太阳望远镜而言，为了消除地球大气湍流对光学系统的影响，自适应光学是高分辨力成像观测必备的技术手段，与此同时，为了突破大气非等晕性对传统自适应光学校正视场的限制，近年来多层共轭自适应光学技术等大视场自适应光学得到极大发展。本文首先梳理国外太阳自适应光学系统研制情况，重点介绍国内太阳自适应光学技术发展及应用情况，并进一步介绍了后续大视场太阳自适应光学技术发展情况以及目前所取得的成果。
太阳观测 自适应光学 多层共轭自适应光学 solar observation adaptive optics multi-conjugate adaptive optics
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长光卫星技术有限公司, 吉林 长春 130033
为了降低光学小卫星相机次镜上的随机响应, 提出了一种蜂窝夹层板结构的优化设计方法, 对小卫星光学载荷的蜂窝安装板进行结构参数的优化设计。首先, 以整星一阶频率不低于40 Hz为优化目标, 对蜂窝芯子密度进行优化, 根据三明治夹心理论, 推导计算了蜂窝芯子等效力学参数。然后, 以次镜的随机响应为优化目标, 对蜂窝夹层板的碳纤维面板进行铺层优化设计, 得到最优铺层顺序为[0/45/90/-45]S, 总厚度为0.8 mm。根据以上计算得出蜂窝芯子及碳纤面板等效参数, 对整星进行分析。最后, 开展了整星振动试验, 测量了整星模态和响应, 对试验数据进行采集。结果表明: 整星模态为42.2 Hz, 次镜最大随机响应为11.1g, 均在合理范围之内, 满足了组件力学要求。
光学载荷 蜂窝夹层板 三明治夹心理论 碳纤维面板 铺层优化 随机响应 optical payload honeycomb sandwich plate sandwich theory carbon fiber panel optimum design of laminate random response 红外与激光工程
2017, 46(12): 1218004
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 长光卫星技术有限公司, 吉林 长春 130033
3 中国科学院大学, 北京 100039
为了提高空间相机在不同温度条件下的成像质量, 本文建立了空间相机光-机-热集成分析模型, 以此模型为基础, 对系统的温度-离焦特性进行研究, 得到了相机温度调焦曲线, 并开展了热光学试验。首先, 分析了温度变化对光学系统的影响, 特别是对最佳像面位置的影响, 得到了相机离焦量与光学元件参数的关系; 介绍了光机热集成分析的一般方法, 即将热分析的温度场, 经过映射, 作为结构分析的边界条件, 然后进行结构有限元的热弹性分析, 通过对变形结果中光学元件曲率和刚体位移做拟合, 得到敏感因素的温度-离焦敏感度矩阵; 在此基础上得到了相机温度调焦曲线; 最后, 开展了相机热光学试验。试验结果表明, 基于集成分析结果的温度调焦, 空间相机在20 ℃±8 ℃内的最大误差小于0.1 mm, 基本满足相机在轨自动调焦的要求, 并指出了进一步提高相机温度调焦精度的方法。
空间相机 集成分析 温度调焦 有限元 热光学试验 space camera integrated analysis temperature focusing finite elements thermo-optical test
Author Affiliations
Abstract
1 The Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
2 The Laboratory on Adaptive Optics, Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A prototype of a solar ground-layer adaptive optics (GLAO) system, which consists of a multi-direction correlating Shack–Hartmann wavefront sensor with 30 effective subapertures and about a 1 arcmin field of view (FoV) in each subaperture, a deformable mirror with 151 actuators conjugated to the telescope entrance pupil, and a custom-built real-time controller based on field-programmable gate array and multi-core digital signal processor (DSP), is implemented at the 1 m New Vacuum Solar Telescope at Fuxian Solar Observatory and saw its first light on January 12th, 2016. The on-sky observational results show that the solar image is apparently improved in the whole FoV over 1 arcmin with the GLAO correction.
010.1080 Active or adoptive optics 110.1080 Active or adoptive optics Chinese Optics Letters
2016, 14(10): 100102
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100039
3 长光卫星技术有限公司，吉林 长春 130033
为了研究高分辨率光学卫星星上飞轮的微振动对卫星成像质量的影响，分别建立了飞轮扰动模型和整星结构动力学模型。 首先，对飞轮组件系统进行了地面扰动测试，对实测扰动数据的分析表明，飞轮组件在与转速相关的一阶频率50 Hz处产生一次谐波，在190 Hz与280 Hz左右存在与转速无关的一系列峰值。然后，对整星进行了单位正弦激励，获得了光轴角位移响应，并对其与飞轮实测扰动数据进行了集成分析。分析结果表明: 整星在50~80 Hz和230~280 Hz的角位移响应有较多的谐振响应频率成分，沿光轴方向和垂直光轴方向整星光轴的角位移最大谐振响应幅值分别为2.718″、2.739″，在245 Hz左右存在较多幅值为0.5″量级的谐波。分析显示飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星成像质量影响较大，得到的结果可为整星系统的优化设计和隔振补偿措施提供参考依据。
高分辨率光学卫星 飞轮 微振动 光轴 角位移 像质 high resolution optical satellite flywheel micro-vibration micro-vibration optical axis angular displacement image quality 光学 精密工程
2016, 24(10): 2515
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对基于星载一体化理念设计的某微小卫星星载天线与S飞轮支撑结构随机振动响应不满足总体设计指标的问题, 将星载天线与飞轮进行共支撑结构设计, 提出以随机振动加速度响应为目标的优化设计方法。以支撑结构敏感点随机响应RMS值为优化目标, 体积分数和基频为约束条件, 建立数学模型, 对结构进行优化设计; 对优化后的支撑结构工程分析, 基频达到200 Hz以上, 质量由1.9 kg减少到0.65 kg, 降低65.6%; 开展了力学环境试验对支撑结构性能进行验证, 支撑结构基频210 Hz, 加速度响应RMS值最大相对放大率为0.54, 满足总体基频大于185 Hz和相对放大率小于等于0.6的要求。结果表明, 该优化方法有效可行, 支撑结构动力学参数较好地满足了微小卫星总体设计要求。
星载一体化 微小卫星 支撑结构 优化设计 加速度响应 随机振动 satellite borne integration micro-satellite supporting structure optimal design acceleration response random vibration 红外与激光工程
2016, 45(10): 1018008
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为解决离轴三反空间相机随机响应过大的问题, 提出了一种以降低加速度响应均方根值 (RMS)为目标的空间相机主支撑结构拓扑优化设计方法。首先, 在分析各种空间相机主支撑结构和某离轴三反光学系统特点的基础上, 确定了次镜组件和折叠镜组件分开支撑的结构形式。其次, 以离轴三反空间相机次镜的加速度响应均方根值为优化目标, 以体积分数, X、Y、Z向重力载荷分别作用下次镜的刚体位移, 主支撑结构的一阶频率为约束条件对初始主支撑结构有限元模型进行拓扑优化设计, 得到了加速度响应满足设计要求的主支撑结构。最后, 对该结构进行有限元分析和振动试验, 表明了该离轴三反空间相机力学性能指标均满足设计要求, 其中 Z向 2 g RMS量级的随机激励下次镜的加速度响应均方根值为 5.08 g；主支撑结构质量仅为 3.8 kg, 一阶频率达到了 291.4 Hz。该离轴三反相机主支撑结构的设计方法可以作为其他同型相机结构设计的参考。
主支撑结构 拓扑优化设计 随机响应 离轴三反相机 桁架结构 the supporting structure the topology optimization design random response off-axis three-mirror reflective space camera truss
