大学物理波动光学仿真演示实验的设计与实现

　　1工作环境

　　GOES望远镜如图l所示。GOES在地球同步轨道运行，在一个轨道周期除了在几个小时内受太阳光直接照射外，其余较长时间内不接受太阳的加 热。望远镜组件安装在卫星内部，其周围基本上是一端带有扫描镜的黑腔。通过扫描镜，望远镜可以观察地球和太空(在热传递意义上)。在轨道运行中的部分时间 内望远镜直接受到太阳光照射，一些部件受扫描镜和主镜反射的太阳光的照射。这些来自太阳的热量在望远镜结构上产生温度梯度。预计望远镜结构的温度范围为 1-54℃，温度梯度为8℃。

　　2温度补偿系统

　　GOES望远镜(图2)是一种采用被动式温度补偿系统的Cassegrain系统，由6根殷钢管组成。6根殷钢管连接着主镜和次镜的铝材支撑组 件。殷钢管具有很低的热膨胀系数(CTE)，而铝的热膨胀系数适中。铝和殷钢管的长度应使主次镜之间的距离在较大的温度变化范围内保持不变。这种温度补偿 机理如图3所示。望远镜结构组件受到铝罩的遮挡，不受太阳热载荷的直接影响，朝向设备舱的铝罩一侧涂黑(高发射率材料)，朝向望远镜的铝罩一侧为镀金表面 (低发射率)。望远镜的热增加或损耗由于遮光罩的作用而减少。由于殷钢的热传导率很低，即使很小的热载荷扰动都会在主次镜间产生温度梯度。温度梯度的存在 降低了温度补偿系统的效能。

　　3热光学实验的目的

　　GOES望远镜的热光学实验旨在提供望远镜在预计工作温度梯度下的光学性能信息。由于COES望远镜设计采用被动温度补偿措施，不具有主动调焦 和指向调整能力，所以实际制造的望远镜的性能必须通过在各种典型轨道温度下的实验来证明。设计的望远镜结构能够在工作温度范围内保持焦距和指向性能。望远 镜子系统级的实验目标要求如表1所示:

　　对以上参数进行测试表明，GOES望远镜能满足轨道任务要求。

　4热光学实验装置

　　GOES望远镜热光学试验的目的是测量望远镜的温度分布从一个状态转变到另一个状态时焦距和指向误差的变化。这就需要能够精确测量焦距和指向误 差变化的方法、减小外界因素对实验影响的手段以及获得所要求的望远镜温度分布的手段。热光学实验装置由3个基本系统构成:隔离系统、光学测量系统和热控制 /测量系统。

　　4.1隔离系统

　　隔离系统用来提供振动隔离和热隔离，避免实验室环境对实验的影响，由隔振平台和真空室组成。实验设备和望远镜等安装在隔振平台上，　真空室将望远镜与实验室空间环境隔离，以减小靠近望远镜温度控制表面的空气对流可能带来的光学扰动。