给出了制造大口径轻质反射镜坯的机械法减重技术及所制造的反射镜坯.在镜坯制造过程中通过计算机辅助设计搜索轻量化加工区域的形状、大小、深度,并对其进行分类标识;编辑TPH(tool path)轨迹数据文件,编写CNC(computer number control)数控系统的零件加工程序,由数控系统在图形方式下控制实际加工.同时采用化学方法消除加工过程中产生的应力与微小裂纹.加工出的大口径轻质反射镜坯达到设计要求,轻量化率达到65%以上,加工后的非球面面形精度达到0.029 λ(rms,λ=633 nm).制造过程中在不同支撑状态下,变形量很小,保持了非球面面形精度稳定性,显示出了结构的稳定性.该方法已经成为大口径反射镜制造的关键支撑技术.

介绍了一种对反射镜轻量化结构进行优化设计的方法.利用ANSYS软件对采用扇形开口孔轻量化的某遥感器主反射镜建立参数化结构模型,将对反射镜力学性能影响较大的某些结构参数如镜体厚度、扇形孔的位置、尺寸等指定为优化设计变量,根据反射镜的加工和装配工艺合理地确定这些结构设计变量的可行域,运用ANSYS优化设计模块提供的零阶优化方法对镜体结构进行了优化设计.力学分析表明,经过优化后的反射镜结构相比于原设计方案轻量化程度更高,静力学性能更好.

总结了国内外轻质反射镜的研究现状，包括玻璃基轻质反射镜、SiC基轻质反射镜、金属基轻质反射镜及复合型轻质反射镜。详细分析和比较了轻质反射镜制备方法的优缺点。针对每种类型轻质反射镜制备方法的研究重点、发展方向和应用前景进行了展望。

对使用轻质材料制作的轻量化空间光学反射镜的应用背景进行了阐述,并论述了轻量化技术的关键环节-镜体材料的选择;提出高轻量化率镜体的材料选择准则:将碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)与铍(Be)、碳化硅(SiC)材料进行了综合比较和讨论,并针对CFRP材料的镜体结构进行了有限元仿真计算,最终选择了CFRP作为轻质空间光学反射镜的镜体材料.

报道了Φ410mm轻型熔石英反射镜的研制概况。首先分析了轻型反射镜对材料的要求,选择了熔石英作主反射镜材料。比较了熔石英反射镜轻量化技术途径的优缺点,选择了高温熔合物封接的技术方案,研究了封接材料和高温熔合物封接技术。开展了有限元结构分析,分析了支撑方式和若干参数对反射镜面形的影响,确定了合理的构参数。应用上述研究结果研制出Φ410mm轻型球面熔石英反射镜和350×248mm异型轻型平面熔石英反射镜。研究了高温150℃,低温-35℃对Φ410mm轻型熔石英反射镜面形稳定性的影响,研究结果实际表明实验前后面形均方根变化ΔRMS<0.01λ(λ=632.8nm),说明面形和结构十分稳定。

根据轻质镜的工作状态,分别给出了一种平放时的和两种立放时的支撑方法.用Algor有限元软件对这三种状态进行应力和变形分析,并用Excel对节点变形进行处理,给出了镜面变形曲线.分析结果表明,三种支撑方法能够满足轻质镜的变形精度要求.

以φ400mm轻型平面镜为例，介绍了采用机械减重法制造轻型镜的工艺技术。镜坯的轻量化采用了刚度虽不是最优，但工艺性最好的圆孔结构，并采用专门设计的钻头钻孔，再用氢氟酸消除微裂纹。加工结果表明，该镜的减重比达44．5％，但仍具有足够的刚度，且没有影响加工精度的变形。