小型反射镜中心支撑技术

　　0 引言

　　随着空间遥感事业的发展，空间遥感器的应用越来越广泛，同时也对遥感器的成像质量提出更高的要求。由于反射镜的微小变形都会影响遥感器的成像质量，因此，反射镜的支撑技术成为研制空间光学遥感器的关键技术之一。

　　由于反射镜是成像系统的关键部件，它的精度与稳定性直接影响成像质量，因此，反射镜的支撑技术成为工程应用的关键技术之一。此文研究的反射镜是某型号空间小型遥感器的主镜。其外形尺寸为184 mm×153 mm×30 mm， 镜面面形精度达到PV≤λ/10，RMS≤λ/40(λ=632.8 nm)，环境温度为18 ±15℃。反射镜的支撑要保证反射镜在同一状态下的位置及面形精度的稳定性，同时，要有效减小与其连接的部件因外部环境变化产生的变形对镜面精度的影响。此外，还需要反射镜具有良好的动态性能，可承受发射阶段产生的冲击和振动。

　　1 组件设计

　　1.1 材料的选取

　　空间反射镜材料的选取原则上应满足： 可以抛光，并能镀高反射率膜层;各向同性，尺寸稳定;抗辐照，符合空间环境下的使用要求;比刚度大、热畸变小;可以制成轻质镜坯结构。常用的反射镜材料性能指标见表1[1]。

　　从表中可以看出， SiC 和Zerodur 的综合性能高于其他材料。SiC 具有优秀的比刚度、导热率和热畸变指标，但它也存在较明显的劣势，即材料硬度高，导致加工效率低;材料致密性差，要进行表面改性来提高抛光后的表面粗糙度;生产成本高，加工周期长。与SiC 相比，Zerodur 的比刚度只有SiC 的1/4，导热率小，受外界环境因素影响的概率较大，但其自身综合性能较好，采购渠道通畅，加工工艺成熟，面形抛光周期短。综合对比两种材料后，选取Zerodur 作为反射镜材料。在结构材料的选择上，考虑到与反射镜粘接的支撑结构由于膨胀系数不匹配会对反射镜面形产生影响， 故支撑结构选择与反射镜匹配的超低膨胀合金;其他支撑材料选用比刚度相对较高、膨胀系数较小的钛合金。由于要求本反射镜在环境温度变化范围较大时仍能满足位置及面形精度要求，所以，仅从材料的膨胀系数匹配上设计还远远达不到要求，还需要选择合适的支撑方式以及对支撑结构进行优化设计，以提高反射镜对大范围温度变化环境的适应能力。

　　1.2 支撑方式的选择

　　常用的反射镜支撑方式有周边支撑、侧面支撑、背部支撑及中心支撑等。根据反射镜的结构特点及空间尺寸的限制，选用中心支撑方式。所谓中心支撑，是以光学反射镜的中心孔为定位基准的一种支撑方式。这种支撑方式主要采用胶接的方式在中心孔处放置与光学反射镜线膨胀系数相匹配的柔性支撑结构。共有两种约束形式：一种是反射镜中心完全约束;另一种是反射镜由中心殷钢筒支撑，中心筒的背部由钛合金板支撑。