为了弥补离焦产生的影响, 本文从离轴 TMA航天测绘相机的工程实际出发, 提出了一种基于滚珠丝杠及连杆的离焦补偿机构, 分析了机构的设计需求, 确定了机构的调节位置, 对机构进行了结构设计、精度设计可靠性分析以及性能检测。机构的 X轴晃动为 ±2.7″, Y轴晃动为 ±3.3″, 曲线拟合残差小于 2 μm, 抽检最大误差为 5 μm, 机构具备良好的自锁性能。性能检测结果表明该机构综合性能良好, 适合在离轴 TMA航天测绘相机中使用。

为实现静止轨道空间光学遥感器的多谱段成像，研究了光学系统特定谱段的多光谱成像的方法。对两种滤光模式进行了对比，选择透射式滤光方案进行不同谱段光线的切换。结合本项目光学系统的特点，确定了在光学系统中光线集中度较高的焦平面附近设置滤光轮机构的方案。通过对多种转动机构特点的比较，设计了一种基于正五棱锥台基座的新型滤光轮机构，该机构由滤光轮组件和滤光轮驱动机构两部分组成。介绍了滤光轮机构的组成和工作原理，最后，在环境模拟试验前后对滤光轮机构进行了综合性能测试。测试结果表明：该机构具有结构强度高、结构紧凑、精度高、稳定可靠等特点。试验前后滤光片面形精度RMS值均优于λ/30，机构转动精度优于25″，机构自锁性能良好，满足复杂空间环境下光学遥感器多谱段成像的要求。

反射镜组件作为空间相机的重要组件,在进行组件装配时,不但要保证其联接结构具有足够的联接预紧力以抵御动载荷或工作温度变化带来的影响,还要准确控制拧紧力矩避免对镜面面形造成较大的影响.以某空间相机的主镜组件为例,对螺钉防松的工作机理、采用防松粘接剂情况下的实际紧固力矩计算、对反射镜镜面的影响等方面进行了分析计算,并进行了试验验证.分析及试验结果表明,不同的螺钉防松胶对拧紧力矩、预紧力及反射镜面形造成较大的影响,其中,与不使用防松胶相比,硅橡胶(GD-414)和厌氧胶(J-222)对镜面面形的影响分别增加了31.9%和74%.在使用螺钉防松胶进行防松处理时,应根据不同防松胶的具体特性,调整螺钉拧紧力矩,在联接环节具有较高可靠性的同时,降低其对反射镜面形的影响.

针对大口径、长焦距的高分辨力空间光学遥感器对调焦和调偏流的要求, 本文基于高刚度、高强度滚珠花键结构和高精度滚珠丝杠结构, 提出了一种焦面二维精密调整机构, 能够实现调焦和调偏流目的。焦面二维精密调整机构结构紧凑, 占用空间小, 质量轻, 并具有足够的强度、刚度、良好的自锁性能及抗冷焊性能。机构的质量为 5.5 kg, 调焦范围为 ±2 mm, 调焦分辨力为 0.17 μm, 调偏流范围为 ±5°, 调偏流分辨力优于 0.000 2″, 对机构进行精度检测, 各项参数均满足指标要求, 适合在大口径、长焦距的高分辨力空间光学遥感器空间光学遥感器中使用。

空间相机受所处复杂运载环境(冲击、振动、过载)和空间运行环境(压力、温度、微重力)的影响易产生焦平面偏移。为提高成像质量, 本文设计了一种利用丝杠螺母变向、直线导轨导向、倾斜导轨驱动且适用于反射式光学系统的新型高精度调焦机构来修正离焦量。 该设计采用防冷焊措施、预压消间隙措施和双重防卡死设计, 有效地提高了结构强度、刚度和可靠性, 从而保证了调焦精度。介绍了其结构和工作原理, 描述了相应的可靠性设计措施, 最后通过精度检测试验对调焦机构进行了综合性能测试。试验结果表明: 该调焦机构具备良好的自锁特性, 其直线运动精度优于±2 μm, 重复定位精度优于±1 μm; 调焦行程范围内调焦反射镜摆角精度绕X轴和Y轴方向均优于±3.5″, 满足用户提出的精度要求。

合理的轻量化结构设计是降低大口径反射镜重量的实际而有效的方法, 同时可以有效减少自重等对反射镜面形精度的影响。本文以口径为 Φ1 200 mm 主镜为研究对象, 采用有限元分析作为研究手段, 根据等刚度原则, 结合实际工艺情况, 设计了两种结构形式的主镜轻量化方案。根据有限元分析结果, 确定基于反应烧结碳化硅(RB-SiC)工艺、背部半封闭结构、锥形后表面、采用扇形轻量化孔形式的结构方案为首选方案, 并成功研制出了反射镜镜坯。

长焦距离轴三反(TMA)空间光学遥感器各光学元件的位置精度和动态稳定性与其主支撑结构相关，因此，本文研究了遥感器主支撑结构设计方案。对比分析了主支撑结构的常用形式，确定了桁架结构方案，并对其进行了材料选择和连接工艺分析。推导了三杆结构(桁架基本单元)的一阶频率解析式，并确定了其最佳形式。在初始设计的基础上，利用灵敏度分析和参数优化设计方法得到了一种24杆式主支撑结构。作为验证，对该支撑结构进行了静态翻转和动力学试验。试验结果表明，主支撑由竖直状态翻转到水平状态后，前端倾角变化小于10″，一阶固有频率为55 Hz，振动试验中支杆最大应力为135 MPa，满足各项设计指标要求。