傅里叶望远镜外场实验系统拼接主镜

　　0　引言

　　傅里叶望远镜(Fourier Telescope)是一种基于相干激光成像,并综合了主动成像与合成孔径等多项技术优点的光电探测技术.由于采用激光照明主动成像,利用相对简单的硬件,具有探测深空目标的优势,因而成为目前对地球同步轨道目标高分辨率成像的首选技术.它与其他成像技术最大的不同是采用激光照明的主动成像,发射器同时发射三束以上的激光,通过大气湍流传播,照射目标并在目标表面形成干涉条纹,然后被目标散射,利用大面积非共相接收器接收经时间调制的散射回波能量,经过傅里叶变换重构目标图像[1-2].

　　拼接主镜是用来接收汇聚目标散射回波能量的主要系统,也是傅里叶望远镜中的关键组成部分.为了进行外场试验验证傅里叶望远镜的成像原理[3],本文设计了拼接主镜系统.该系统由61块正六边形子镜拼接而成,主镜高6 m,宽5.5 m,是我国目前用于望远镜系统中能量接收面积最大的拼接主镜.每块子镜对边长610 mm,厚19 mm,重量约15 kg.它通过3点镜面支撑联接在子镜支撑板上,组成子镜室,再将子镜室定位安装在主镜支撑桁架上,通过精确调整61块子镜基板的空间位置,使61块子镜共焦,从而得到拼接面的主镜系统.该系统使用时各子镜工作状态固定不动,光轴基本平行于水平面,所以各子镜都处于竖直方向的受力状态.

　　1　拼接主镜的技术要求

　　根据傅里叶望远镜外场实验系统的总体要求,拼接主镜的性能指标为:

　　1)主镜口径5. 5×6 ,由61块对边长610 mm的子镜拼接而成;

　　2)镜面曲率半径:100±5 m;

　　3)拼接形式:只共焦不共相;

　　4)主镜工作状态固定不动,镜面稳定准确度±0.5 mrad;

　　5)子镜室在支撑桁架上精确定位,各子镜安装调整时不能干涉;

　　6)可单独安全装卸任意位置的子镜室;

　　7)子镜调整自由度:2个自由度(tip-tilt),角度调整范围:±3°,角度调整准确度:±0.5 mrad,子镜曲率中心可调范围:±πR×3°/180°=±5.2 m,子镜之间边缘间距:20 mm;

　　8)使用温度:-20℃~ +30℃,储藏温度:-30℃~ +40℃.

　　2　拼接主镜支撑结构

　　拼接主镜系统主要由支撑桁架、子镜室模块和吊装组件组成(如图1),支撑桁架采用工字钢、方钢等型钢焊接而成;子镜室采用模块化设计,具有3个自由度的调整机构;为了方便子镜室模块的装卸,设计了专用的吊装组件和起吊辅助工装.

　　2.1　支撑桁架

　　支撑桁架是拼接主镜系统的主要支撑结构.由于外形尺寸较大,要求支撑稳定性好、刚度高,故采用工字钢、槽钢、方钢等型钢焊接而成,焊后经热时效处理,以保证结构稳定性.综合考虑加工场地、加工工艺、热时效设备、运输条件等因素,主支撑桁架采用分体焊件设计,共分8个大的组件(如图2),分别为左立柱、中间立柱、右立柱、上盘、下盘、斜拉筋、侧拉筋、地基预埋焊接组件.组件只采用焊接工序,不必进行精加工,焊后经热时效处理和表面喷砂处理,再摆好各组件的位置进行配打孔,对位置准确度要求不高.图3为车间装配中的支撑桁架.各大组件配打孔后,装配关键联接螺栓,然后加工上下盘61个圆环上的549个M6丝孔,各个丝孔之间有位置准确度,误差太大将使子镜装配调整时镜边发生干涉.为了保证各个丝孔的位置准确度,设计了3个六边形的打孔定位工装,六边形对边长630 mm,使用时固定一个六边形打孔工装,逐次移动.利用相邻六边形互相锁紧的原理,可以实现对所有圆环上丝孔的加工,为了减小累计误差,第一个打孔工装放置在最中间圆环上.