一种新型的轻质反射镜材料

　　0　引言

　　随着科技发展及人们对宇宙的不断认识,人们的开发领域从地面转向空间,各国科学工作者都不断地致力于空间开发活动,特别是空间侦察活动,因为空间对地面侦察有其独特的优越性:不受地域限制,可以看到地球上任何地区,实现全球覆盖;获取情报迅速、及时、直观,可实现连续动态侦察1.

　　为了提高空间探测器的地面分辨率,以达到预期的经济效益和军事目的,通常采用长焦距和大相对孔径的全反式或折反式的光学系统,因此光学零件的孔径越来越大,质量也越来越大,同时也带来了卫星质量的增大.随着卫星质量的增加,复杂程度和发射成本也随之增加,因此人们开始致力于轻型空间探测器的研究.折反式或者全反式光学系统的主要光学零件是反射镜,如何使这些反射镜质量减少,提高反射镜的轻量化率,又能保证所要求的光学性能,是研究轻型空间探测器的关键技术之一2,3.

　　材料是技术进步的物质基础和先导.发展空间光学的新技术、高技术,传统的空间材料已经不适合目前空间科学技术的发展,进而研究和使用性能更优的空间材料以求更好地满足轻型空间探测器的要求,是当今材料发展的主题.所以说轻型空间探测器的关键技术的研究之中,高轻量化率反射镜的材料选择是前提,是关键技术研究中的关键环节.

　　1　高轻量化率的光学反射镜镜体材料的选择

　　所谓轻量化工艺就是指减小光学镜子单位面积的质量,而不影响光学镜子的成象质量的加工工艺.

　　从轻量化的概念来看,主要有两个关键的因素:一是减轻反射镜的重量,二是保证反射镜的光学成象质量.影响反射镜重叠的因素有两个:一是镜体的材料,二是镜体的结构.影响镜子成象质量的因素有五个:一是镜体的制备工艺水平,二是镜体的机械加工工艺水平,三是镜体的光学加工工艺水平,四是在预备镜面上真空镀模的水平,五是对光学镜面的检测水平.

　　在选择镜体材料时,基于对空间恶劣环境的考虑,作为空间光学反射镜的镜体材料要具备以下特点:低密度、高比刚度、导热率高、热膨胀系数小、工艺性能好.

　　1)选择低密度的镜坯材料,能有效地减轻光学反射镜的质量,也相应减轻了整个光学系统以及其支撑结构的重量.2)材料的高比刚度(弹性模量与密度之比)要求在空间应用中显得尤为重要.材料的比刚度越大,单位载荷引起结构的变形越小,尺寸稳定性越好,具体体现在对主镜镜面的加工以及主镜装配等的适应性上,刚度越大的材料抵抗由于抛光、装配、重力和操作使用中的振动变形的能力越强.3)热稳定系数,即材料的导热率与热膨胀第数之比.热稳事实上系数越大,材料的热惯性越小,主镜受到外界作用时,其热稳定性越好.当环境温度变化时,材料的热稳定系数大,镜体内部很容易达温度平衡,不会引起很大的热应力.材料的线性膨胀系数小,镜体结构尺寸变化小,具有较好的尺寸稳定性.为使镜体在较宽的温度范围具有良好的热稳定性及尺寸稳定性,应选用线膨胀系数小、热稳定系数大的材料.4)工艺性能的好坏直接决定着光学反射镜的轻量化率、光学表面的质量、真空镀膜的质量、反射镜支撑结构的形式.