光学反射镜及其支撑结构设计与分析

　　为了适应空间遥感技术的不断发展、大信息量需求及灵活多变的任务要求，CCD 实时传输型光学遥感器的研制已成为各国空间技术人员的重点科研课题，特别是分辨力高、质量轻、覆盖面大的遥感器[1-2]。本文探讨的光学遥感器所经受的 静力学环境主要指反射镜因自身重力而发生的弹性变形;空间遥感器在空间行工作时，反射镜及其支撑结构受热后会产生热弹性变形，支撑结构的变形最后会作用在 反射镜上，所以需要模拟计算遥感器在空间环境工作时的镜面变形，以上两种工况下的镜面变形均须满足面形精度PV≤63.2nm，遥感器才能达到成像质量要 求。

　　1反射镜组件结构模型

　　图1所示为某空间光学遥感器一圆形球面反射镜组件结构图[3]，反射镜通光孔径为准580mm，球半径为2990mm，厚度为 65mm，材料为 SiC。整体采用背部支撑形式安装。装配关系是：反射镜背部采用三点支撑，且与锥套胶接，锥套与支撑结构采用螺栓联接，支撑结构再与背部支撑板通过螺栓连 接，最后与整体框架连接[4]。为了满足成像质量要求，反射镜面形精度应满足PV≤63.2nm，在力学和热学工况下均能保证尺寸的稳定性，且需要保证组 件安装在整机上后，面形精度仍满足成像要求，因而采取适当的措施提高面形精度是非常必要的，以提高成像可靠性。为了使反射镜有好的面形精度，与其3个支撑 孔相连接的锥套采用与 SiC 线涨系数相近的铟钢材料，为了保证反射镜热尺寸稳定性，需增加连接结构的柔性，因此对直接与反射镜相连的锥套结构进行改进，变整体胶接为局部柔性胶接。

　　2 柔性连接结构设计分析

　　原有锥套结构形式如图2所示，锥套底部有 4 个螺钉孔与支撑件相连接，锥套外侧面与反射镜支撑孔胶接。此时经有限元分析计算在重力环境下反射镜面形PV值在35nm，热工况下反射镜面形PV值在 330nm。很明显结构刚度过高而柔性不足，虽然力学环境下镜面面形满足成像要求，但热工况下却显著超差。遥感器将不能准确成像。这就需要采取适当措施降 低热工况下反射镜面形的PV 值。将锥套改为柔性结构如图3 所示。沿圆周 1200 均布三个柔性铰链，提高结构的柔性，但与此同时还要保证锥套件本身的强度和刚度，保证其在动力学环境下不产生疲劳和破坏[5-6]，因此，分析单个圆弧铰 链参数在外力和弯矩作用下的转角刚度，就可对铰链进行合理的设计，铰链转角刚度计算如图 4所示。

　　参见文献推导计算过程[7-10]，柔性铰链的转角公式为：

　　式中，M-微元所受的力矩;E-铰链材料的弹性模量;b-铰链厚度;R-柔性铰链圆弧半径;t-柔性铰链最薄处厚度。