空间高分辨率CCD相机次镜支架最佳结构设计.pdfVIP

维普资讯 第33卷第 l0期 光 子 学 报 Vo1．33No．10 2004年 l0月 ACTA PH0TONICA SINICA Oetober20o4 空间高分辨率 CCD相机次镜支架最佳结构设计 陈荣利 张禹康 樊学武 马 臻 李英才 (中国科学院西安光学精密机械研究所 ，西安 710068) 摘 要 根据某空间高分辨率CCD相机的结构设计方案，利用结构设计软件 Solidedge建立了次 镜支架的结构分析模型，并利用有限元分析软件 Vnastran对不 同结构和尺寸的次镜支架进行 了动 力学分析计算，提 出了次镜支架的鼓型偏置式四翼梁结构 ．该结构具有较高一阶谐振频率和 良好 的机械加_Y-性能，特别适合用于大 口径的空间相机中． 关键词 高分辨率；CCD相机 ；次镜支架；有限元分析 中图分类号 V445．8 文献标识码 A 支承结构尺寸应严格控制，以保证相机的成像质量． 0 引言 为适应发射环境还需要 固有谐振频率足够高，以避 可见光长焦距相机作为各国军事侦察手段中的 开火箭发射时的振动频率，以免引起共振 ．高分辨 重中之重而倍受关注 ．随着分辨率的不断提高，光 率相机作为卫星的有效载荷 ，减轻重量具有十分重 学系统的焦距也在大幅度增长 ．各国光学设计专家 要的意义 ．次镜支架作为高分辨率相机的重要组成 逐渐将 目光转向了反射式系统 ．因为反射式光学系 部分 ，除了在材料上选择低膨胀率高比刚度的轻质 统具有折射式和折反式光学系统所难以具备的诸多 材料外 ，结构设计上主要有两种型式 ． 优点，可以消除色差 ，同时容易实现小型、轻量化 ，对 第一种为A型的桁架结构，如图 1．这种结构 温度的灵敏度较低，从而降低 了对热控的要求 ．近 通过次镜支架直接将主镜座和次镜座联接起来，设 年来反射型光学系统逐渐 替代折射系统成为主 计简洁，降低 了对镜筒的要求 ，可以有效地减轻系统 流 j．无论是 RC系统还是各种型式 的三反射系 的重量 ．但 当系统焦距很长即主次镜问的间隔较大 统，在主反射镜前方都不可避免的有一块次镜 (或 时，连接杆 (板)的长度加长形成悬臂 ，支架 的抗弯 称为副镜)．次镜与主镜问相对位置的变动对相机 和抗扭性能都降低 了．为了保持 同样 的谐振频率， 的成像质量具有很大的影响，对于大 口径相机次镜 连接杆的厚度大大增加，这对于减重和减小中心遮 与主镜之间距离较远 ，导致次镜连接结构刚性较差 ， 拦都不利 ． 一 旦次镜与主镜的相对位置发生变化将导致成像质 量下降 j．如何设计次镜支架，使其既能够满足光 学设计的要求又能够适应空间相机严酷的力学环境 是一个值得深入研究的问题 ． 1 次镜支架的设计 一 图 l A型桁架结构次镜支架 航天相机与地面相机有很大的不同，从 出所到 Fig．1 A typetrussbracketstructurefortheseeondmirror 入轨飞行 ，要经历运输、吊装、搬运、振动、冲击及微 在长焦距航天相机中，多采用四翼梁结构作为 重力等环境 ．特别是振动，它是空间飞行器最基本 次镜支架 ．以色列的地球资源观测卫星上的轻型相 的力学环境 ．振动加剧构件的疲劳和磨损 ，甚至使 机ERO