主动光学薄镜支撑及驱动研究

　　0 引 言

　　随着对光学遥感器分辨能力的要求不断提高，遥感器的口径也不断的增加。例如在 36000 km 地球静止轨道高度实现 3 m 的地面像元分辨率，光学系统主镜的直径需要大于 10 m。由于受到发射星承受载荷能力、大口径光学镜加工能力、大口径光学镜支撑技术的限制，目前单镜直径很难突破 3m。可展开主动光学镜是目前解决以上问题的唯一途径。

　　可展开光学系统是由若干块直径较小的子镜拼成直径较大的主镜，卫星发射时各子镜收拢，入轨后展开。在主动光学系统的控制下，通过镜面下驱动器调整各子镜的面型、焦距、共焦，最终达到一个共相位主镜。

　　可展开光学系统具有以下突出优点: 小口径光学子镜“拼接”成大口径光学反射镜后可实现大口径光学系统的性能; 可克服大口径高精度反射镜在加工上的困难; 整个光学系统折叠发射，缩小了体积，同时各子镜采用的是薄镜，大大降低了发射质量，能够满足发射卫星的要求。

　　目前，世界上许多国家已将超薄主动反射镜技术作为未来发展空间技术的重要任务，并开展与之相应的研究和开发工作。称为 NGST 的下一代空间望远镜具有大口径、高分辨率、超轻重量的特点。马歇尔太空飞行中心已成功研制出直径为53cm、厚度为 2cm 的 NGST 空间望远镜样品，经测试由自重引起的镜面变形的 RMS 值为 53nm; 法国的光学望远镜阵列( OVAL) ，其薄主镜的直径厚度比为 63∶ 1，由一套闭环系统控制的 27 个面形控制器组成，不仅可校正由重力和温差引起的变形，而且也可以补偿像散等低阶像差。

　　本文对薄镜主动支撑技术进行了计算机仿真计算，对驱动器排布方式和驱动器校正由于重力和温差引起的变形能力在理论上进行了分析，以确保镜面面型能满足光学成像的要求。采用有限元分析方法在对其中一块薄反射镜的位移驱动器数量及分布进行合理选择后，对反射镜施加垂直镜面 1g( g =9.80665m / s2为重力加速度) 加速度和 10℃的温升载荷，待有限元计算出镜面变形后，通过数学方法计算出能够最小化反射镜变形的各促动器的位移量，然后把位移量输入到有线元中的相应节点，计算出了校正后的反射镜面形指标能够达到光学成像要求。从理论上证明了该套主动光学系统是可调的，并且满足光学成像的要求。

　　1 问题的论述

　　本文所研究的反射镜如图1 所示，其直径为Φ500mm，厚度为 3mm，曲率半径为 30000mm。反射镜材料采用微晶玻璃，弹性模量为 90GPa，密度为2. 53 × 103kg / m3，泊松比为 0. 24，线胀系数为 0. 1× 10- 6/ ℃ 。对该反射镜在重力及温度载荷作用下的面形误差要求是: PV = ( 1/5) λ，RMS = ( 1/20)λ，其中 λ = 632. 8nm。