当前空间相机的光学系统的要求是在多光谱范围内,系统要有高分辨率、大视场、小体积、质量轻且像面为平像场,TMA(Three mirror anastigmat)可以满足上述要求.为此给出了这方面的设计,所研究的TMA系统三个反射面都是二次曲面,将主镜和第三镜离轴放置,避免中心遮拦的影响,系统的视场可达到5°×0.2°,焦距为6 m,像质接近衍射极限.

大视场、长焦距、小体积是空间光学系统设计研究的热点.当光学系统口径一定时,在相同的轨道高度条件下,增大焦距可以提高地面分辨率,增大系统的视场角可以扩大对地面的覆盖宽度.由于全反射系统具有独特的无色差等特性,成了目前研究热点,尤其是以三块反射镜组成的全反射式光学系统,结构最简单,而且像质很好.本文尝试性进行了这方面的设计,系统的焦距为10m,视场可达到6°,所研究的光学系统三个反射面都是二次曲面,且所有光学面都离轴放置,避免了中心遮拦,从最后的像质评定可以看出,系统的质量基本上达到了衍射极限.

从理论上论述了温度梯度对主镜面形变形的影响,分析了当光轴位置不同、主镜支撑方式不同时,在轴向温度梯度和径向温度梯度作用下的面形变形.通过计算,得出轴向温度梯度对面形变形的影响要远大于径向温度梯度对面形的影响,而且镜面变形不仅与主镜的线胀系数和其他材料、结构特性参数有关,与温度梯度的大小和方向均有密切的关系.

支撑方式对主镜面形的变化有十分重要的影响。为了使主镜的安装支撑既能保证面形变化最小，又能保证在不同仰角时位置不变动，需要对主镜的支撑方式进行分析和选择。通过对一个口径为600mm、中心孔径为200mm、光学表面曲率半径为2130mm的实体镜在各种支撑情况下的变形大小进行分析，并综合考虑加工、一阶共振频率及工作时的旋转因素后，最终确定了一种满足设计要求的优选支撑方案。