太阳X-EUV成像望远镜波长选择装置

　　太阳X射线-极紫外射线(X-EUV,X rays-Ex-tremeUltraviolet)成像望远镜用于观测太阳活动,监测和预报空间天气.空间天气的产生是由于太阳剧烈活动时,会在很短的时间内向星际空间抛射大量的物质,包括磁场、高能粒子、高能电磁波等.当这些物质到达地球的时候,对近地空间环境产生巨大的扰动,造成恶劣的空间天气.这种天气对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、输电网等人类的正常活动产生巨大的影响.认识到空间天气的危害后,美国、欧洲相继制订和实施空间天气战略计划,开展全方位的空间天气监测预报研究[1~3].随着我国航天活动的日益增多和卫星异常情况的频繁出现,空间天气已经受到关注和重视.在国家基金支持下,正在开发一种专门服务于空间天气预报的太阳成像监测仪:太阳X-EUV成像望远镜,该单台设备集成了X射线波段和19.5 nm的极紫外谱段的成像功能,能够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.

　　由于太阳活动可达约107动态范围,而望远镜中的成像设备很难监测这么大动态范围内的太阳活动,因此要利用过滤片的不同透过率来实现宽范围观测.成像使用厚、中、薄过滤片对平静日冕和大耀斑等情况分别观测.要求薄过滤片能够对宁静日冕观测而曝光时间不致太长(如果曝光时间太长,由于卫星的运动将会影响图像质量),厚过滤片实现对耀斑观测而曝光时间不致太短.这就需要在系统光路上放置波长选择装置.本文重点讨论太阳X-EUV望远镜中的重要子系统———波长选择装置的控制,并且从航天工程可靠性的角度,对该装置可能出现的故障及其解决方案进行了比较与分析.望远镜在从原理样机向工程样机转化时,将进行多项技术改造,本文对波长选择装置的研究结果为这种技术改造提供了相应的依据.

　　1　波长选择装置方案设计

　　波长选择装置由步进电机、滤光片轮和减速器构成,围绕滤光片轮中心均匀分布了8个不同的滤光片,其中1个用于选择极紫外波段光线,另外7个用于X波段选择.这些过滤片设计部分参考美国GOES-12卫星上太阳X射线成像仪(SXI,Solar X-ray Image)的成功经验[4].控制波长选择装置的过程,就是步进电机按指令旋转过滤片轮,使某个过滤片进入系统光路,并精确定位在CCD相机的视场范围内.波长选择装置在整个望远镜中的位置如图1所示.

　　波长选择装置的电路系统由电机主控电路、驱动电路和位置检测电路构成,如图2所示.电机主控电路负责控制步进电机的转向、启停和转速,向驱动电路发送脉冲信号.驱动电路根据这些信号,驱动步进电机的启停和转动.在过滤片轮周围,安装有光电开关,用来检测滤光轮的位置并将信号返回给电机主控电路,从而构成一个闭环控制系统.