太阳X2EUV成像望远镜的移动补偿系统

　　随着航天活动的不断发展和卫星异常情况的频繁出现,空间天气正在受到越来越多的关注和重视.所谓空间天气是指发生在太阳上和太阳风、磁层、电离层和热层中影响空间、地面技术系统的运行和可靠性及危害人类健康和生命的条件[1-4],它直接影响在轨航天器的安全运行、宇航员太空行走、GPS定位、电波传输、磁场导航、输电网络等人类的正常活动,有时能够造成灾难性后果.我国目前正在研制太阳X射线2极紫外射线(X2EUV)成像望远镜,该望远镜可以满足国内空间天气预报目标监测需求,建立起我国自主的空间天气预报监测系统[124].

　　在空间环境下成像时,卫星平台以及太阳帆板的各种振动对CCD成像质量有较大影响.产生这种振动的原因包括:卫星平台上由于调整姿态(动量轮变速转动或喷气等)、指向控制、太阳帆板调整等运动.这些因素都会引进各种频率的振动,在实际系统中各种振动是随机的,可以同时产生,振动模式比较复杂[5].太阳X2EUV成像望远镜要求保持对日准直,卫星本体难以提供该项条件,而太阳帆板始终面向太阳,因此将该望远镜设计安装在太阳帆板的衍架上,可以满足望远镜东西指向要求.而南北指向由安装在衍架上的X射线位置调节器(XRP,X2Ray Positioner)提供.在望远镜长时间曝光过程中(最长曝光时间超过3 s),太阳相对图像传感器的漂移、太阳帆板的间歇转动以及颤动会严重降低望远镜成像质量.针对这种情况,有两种方法可以提高成像质量,主动抑制和被动补偿.主动抑制方式就是在星2镜之间安装振动隔离装置[6],从而有效抑制帆板的振动对镜体成像的影响.但是该方式增加卫星成本,加大控制系统的难度,延长研发的周期.而本文结合图像传感器的驱动特点,提出采用被动补偿的方式成像,可以在不增加成本的前提下,消除长时间曝光过程中的消极因素,提高图像成像质量.

　　1太阳X2EUV成像望远镜简介

　　太阳X2EUV成像望远镜安装在地球同步卫星上,该卫星对地定向,三轴稳定,安装位置参看图1星镜结构图,该安装方式类似美国SXI/GOES的安装[7-9].

　　太阳帆板自转可以实现一维对日准直(东西方向).由于卫星与地球同步,并且帆板面向太阳,所以卫星上的太阳帆板每天相对卫星旋转一周,即每24 h转动360°,平均自转角速度15″/s.南北向准直由XRP提供,太阳在南北回归线之间移动,在冬至或者夏至时刻,南北准直偏角可以达23.5°,在一年时间内,南北向控制极角偏移量为23. 5°×4=94°,太阳在南北向平均偏移速度极小,约0. 064′/h.参考美国SXI/GOES的太阳帆板工作方式[5, 10],太阳帆板并不是匀速转动,而是做间歇式运动,在第一阶段以25″/s速率转动30 s,在第二阶段保持15″/s速率跟踪太阳,然后间歇20 s,在这20 s内望远镜完成曝光成像,参看图2东西指向仿真[11].