为了给聚焦镜热控及支撑结构优化设计提供依据, 对爱因斯坦探针项目中的后随X射线望远镜的镜片组进行了三维全尺寸建模与有限元分析.研究了轴向、径向两种温度梯度, 以及有、无支 撑结构对镜片组形变的影响, 并对面形误差与温差范围的关系进行了探究.结果表明: 对于无支撑结构, 轴向温度梯度下面形误差与半径关系接近线性关系, 径向温度梯度下则接近分段二次关系; 支撑结构发生热变形时, 会使镜片组产生与之对应的面形误差, 令同相圆度误差转变为异相圆度误差, 并使镜片组整体面型误差峰谷值增加32.25%~123.01%, 均方根值增加4.13%~5.14%; 对于有支 撑结构, 热致面形误差与温差成正比, 温差每增加1℃, 轴向温度梯度下, 面形误差峰谷值与均方根值分别增加7.76 μm、1.12 μm, 而对于径向温度梯度则分别增加9.67 μm、1.60 μm.聚焦镜片 热致面形误差在一定情况下与镜片尺寸、温差成线性关系, 并受到支撑结构变形的显著影响.

掠入射X射线聚焦望远镜的支撑框架结构设计是望远镜研制的关键技术之一。国内规划中的XTP卫星低能聚焦望远镜拟采用基于超薄玻璃的X射线聚焦望远镜方案, 针对望远镜样机严苛的光学和力学性能要求, 经过结构选型优化, 设计了一种一体化的六边形桶式望远镜支撑结构。利用有限元软件对支撑结构进行了模态分析和频率响应分析, 并与力学实验进行了对比验证。结果表明, 该支撑结构具有较大的结构刚度, 望远镜结构在发射环境下不会发生破坏性改变, 满足力学性能要求。该支撑框架结构简洁、装配精度高, 具有良好的工艺性, 为望远镜的研制提供了参考。