支撑结构是连接卫星与相机的关键部件, 在发射和在轨环绕阶段对相机提供保护和空间应用需求。深空探测器发射阶段的振动载荷高达13 g甚至更高(地球探测为8~9 g), 支撑结构既要克服剧烈振动可能造成的相机结构破坏还要保证光学系统的热稳定, 具有较高的设计难度。通过分析不同支座形式的结构特点设计了刚性支座、平动支座两种不同的支座形式, 从刚度和热稳定的均衡性出发将两种支座形式进行了组合设计, 提出了“一个刚性支座+两个平动支座”的设计方案。理论分析与实验验证得到: 该支撑结构的一阶频率为58 Hz, 远高于整星基础频率, 温降15 ℃仿真分析结果显示主镜偏转角为3.66″, 次镜及三镜相对主镜最大偏转角为7.85″, 均满足设计要求。振动及热平衡试验表明: 相机各项指标正常。

为了实现高精度的运动学支撑结构的设计, 研究了切向双脚架-运动学支撑结构的柔度。介绍了切向双脚架-运动学支撑结构的设计原理。根据单边直圆柔性铰链的柔度公式, 推导了双脚架在X、Y和Z轴方向的等效柔度Cx、Cy和Cz的解析式。采用有限元分析和试验验证的方法, 对双脚架的柔度解析式进行了分析验证。结果表明: 解析式结果与有限元结果、试验结果基本一致, 且误差均小于9.8%。研究了单边直圆柔性铰链的柔槽深度R和最小厚度t对双脚架柔度Cx、Cy和Cz的影响, 得到了双脚架的等效柔度均与柔槽深度R成正比, 与最小厚度t成反比的结论。为空间相机上的科学仪器的切向双脚架-运动学支撑结构的设计提供理论参考。