介绍了超光谱成像仪红外系统的应用价值,总结了红外系统在光学元件、焦平面器件、光机结构等不同部分的热控需求.通过主动热控与被动热控的比较,阐述了超光谱成像仪红外系统热控策略,并且归纳了适合其要求的热控技术.其中针对红外系统焦平面热控,对辐射制冷和机械制冷进行了比较,并简要介绍了斯特林制冷机.最后总结了目前超光谱成像仪红外系统热控的关键问题.

为确保空间光谱成像仪的温度水平和温度梯度满足指标要求,分析讨论了空间光谱成像仪整机热设计的特点,根据其结构特点和导热路径,给出了整机热设计方案。采用有限元数值分析方法,建立了整机热平衡方程和热分析计算模型,应用有限元热分析软件IDEAS-TMG在给定温度边界条件下进行稳态仿真分析,给出了整机热响应性能以及关键部件稳态温度分布云图。热分析结果表明,整机平均温度水平为17.3～23.7℃,温度梯度最大值为1.3℃,获得的分析结果能够满足热控指标要求,为提高整机的可靠性和热设计优化提供了理论依据。最后,通过试验对热设计方案进行了验证,验证结果与数值分析结果吻合较好,其最大偏差均不超过8%,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。试验过程中整机平均温度水平为17.2～22.5℃,温度梯度最大值为1.4℃。

超光谱成像仪是"图谱合一"的光学遥感器,其指向反射镜位于超光谱成像仪最前端,尺寸大、热流复杂、容易受到热影响。指向反射镜的热光学特性反映指向反射镜的热适应性和热尺寸稳定性,是结构设计人员以及热设计人员关注的重要性能。鉴于此,分析了指向反射镜的工作环境,论述了指向反射镜热光学特性研究内容及技术路线。针对实例利用有限元方法和理论公式进行了热光学分析,比较了两种描述指向反射镜热光学特性的方法。结果表明:对于指向反射镜,与基于温差的描述相比,基于热功率的描述更加真实地反映指向镜的热适应性和热尺寸稳定性。

为了利用月球观测地球等离子体层的优势,开展了月基望远镜的研究,并对其进行了热设计和热分析。分析了月基望远镜所处的空间环境。对望远镜各个部分进行了热设计;采用被动热控措施控制望远镜的温度水平,降低空间环境的影响;采用热疏导的方式对探测器进行散热。根据月基望远镜的空间环境、结构特点,以及采取的热控措施,在I-DEAS/TMG软件中建立有限元模型,并进行了仿真分析。分析结果：光学系统部分最大温度范围为-50℃～60℃,机械结构部分为-110℃～105℃。热设计方案合理可行,满足热设计要求,其研究方法对其他舱外月基探测器的热设计具有一定的指导和借鉴作用。

反射镜支撑结构通常需要具有一定的柔性来保证其面形精度,但这将引起结构固有频率降低,使得结构抵抗振动的能力下降。针对这一问题,开展了利用阻尼技术改善反射镜支撑结构动态性能的研究。建立了反射镜组件、相机机身和基础耦合的动力学模型,推导出系统传递函数、模态阻尼、振型等参数,并据此进行了理论分析。重点分析了在反射镜部分增加阻尼对镜体和机身振动传递特性的影响,并进一步从模态阻尼及振型分析等角度对这种影响产生的原因给予了解释。在理论分析的基础上,采用有限元法对所建立的更为精确的有限元模型进行了仿真研究。研究结果表明：在反射镜支撑结构中增加黏弹性阻尼元件可有效衰减反射镜组件的振幅和动应力,系统二阶频率处的振幅衰减达到6dB,一、二阶固有频率处的动应力衰减程度分别达到了28%和60%。由此可见,在...

空间机械臂在执行空间任务时具有不同的构型,采用有限元法分析它在各构型下的基频时工作量巨大而难以实现。为此,提出一种基于柔度矩阵理论建模的计算方法并进行验证。根据机械臂结构特性建立运动学模型;提出柔度矩阵理论建模的计算方法;通过有限元仿真分析机械臂2种典型构型,验证柔度矩阵理论;对机械臂进行地面展开基频实验。结果表明:柔度矩阵计算偏差为3.4%,理论分析基频与有限元计算基频偏差为1%,验证了所提出的柔度理论建模方法对机械臂在轨基频计算的准确性;理论分析基频与实验基频偏差为7.2%,偏差主要来源于有限元仿真,满足工程上10%的偏差要求。该方法将柔度矩阵与机械臂构型相结合,能快速计算机械臂在不同构型下的基频。相对于有限元法,该方法得到较大简化,具有一定的工程应用价值。

针对大型光机结构的结构特性,为抑制宽频噪声对结构指向稳定度及精度的影响,设计了一种可以在全频段提供高阻尼低轴向刚度的液体阻尼器。首先,对液体阻尼器的参数设计理论进行了分析;其次,通过微振动一体化集成仿真分析了引入液体阻尼器对整机的影响,由分析结果可知,在内外框架之间安装阻尼器,可以达到抑制宽频噪声的目的,一般情况下光轴指向精度(Line of Sight)可以改善50%以上,同时对结构特性改变较小;最后,设计了测试系统,对阻尼器参数的特性进行了实验研究,可知该液体阻尼器的阻尼系数随频率升高降低,在低频时可以达到18 574 Ns/m,300 Hz时阻尼系数在300 Ns/m以上,轴向刚度约为28 659 N/m,随频率变化基本保持不变。结果表明试验测试结果与仿真结果相符,液体阻尼器的刚度及阻尼参数的设计都达到了技术要求,根据仿真与试验的分析验证了阻尼器对...

为了改善反射镜在环境温度波动情况下的面形精度下降问题,设计了一种联杆型双轴Bipod柔性支撑结构,并基于柔度理论对它进行了参量优化。首先,对支撑结构的柔度进行了分析和计算,推导出柔性支腿以及反射镜组件的柔度理论公式。然后,以保证反射镜轴向支撑刚度和卸载能力为目的,计算得到一组针对口径为200mm反射镜的柔性支撑结构尺寸参数。最后,通过有限元分析和振动试验,对支撑结构的柔度公式、动态特性、温度适应性进行了分析验证。分析结果显示,在一定作用力下,柔性支腿的理论值与有限元分析值的误差在10%以内;振动试验得到组件的一阶频率为358.5Hz,与理论计算值的相对误差为8.8%;在20℃温差下,反射镜面形精度为7.7nm（rms）。试验结果验证了理论模型的有效性,同时说明Bipod柔性支撑结构能够降低温度波动对反射镜面形的影响。

根据在轨组装空间望远镜关键技术的研究需求,为有效实施在轨组装服务,设计了在轨组装机器人及子镜组装分系统的地面验证方案,并对组装机器人的末端抓取机构进行设计分析。该抓取机构采用插入式抓取、胀紧式锁紧方案。同时,对组装机器人的控制系统方案进行详细阐述;经过分析计算,该设计能够满足在轨组装空间望远镜地面验证阶段的应用需求。

面向复杂空间环境的需求,设计了一种新型线驱动连续型机械臂。基于几何分析方法提出了一种简单的线驱动连续型机械臂建模方法,分析了单级柔性关节的关节空间、驱动空间和操作空间之间的运动学映射关系,给出了三级柔性关节的解耦运动学算法,利用改进的蒙特卡洛法描述其工作空间,并用Matlab对机械臂进行运动学仿真,通过对原理样机的实验研究验证了运动学算法的正确性,同时展示了机械臂良好的弯曲能力。