基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜的制作方法

本发明涉及光学载荷在轨应用，具体提供一种基于空间站平台的口径1m量级在轨组装空间望远镜。

背景技术：

1、大口径空间望远镜是研究天文科学问题的关键工具，对于探究重大前沿天文科学问题具有重要意义。随着天文探究需求的不断延伸，下一代空间望远镜的口径将达到10m量级。采用“单体式”(monolithic)空间望远镜技术路线研制口径10m量级的空间望远镜将面临大型光学元件难制造、整机难发射等问题。

2、针对现有技术路线存在的问题，以“模块上行，在轨组装，在轨调试”为理念的在轨组装空间望远镜的概念应运而生，其为口径10m量级空间望远镜的研制提供了新的研制思路。其思想内涵是将望远镜进行模块化设计，并将所有模块通过运载火箭一次或多次送入预定位置(如空间站或具有服务能力的空间平台)，然后借助空间机械臂通过模块锁紧、展开等关键技术完成空间望远镜在轨组装，并通过空间主动光学技术等关键技术完成空间望远镜在轨调校进而进行天文观测。然而，研制口径10m量级空间望远镜所涉及的部分关键技术成熟度较低，且地面验证无法满足在轨应用的试验要求。因此，需要围绕在轨组装空间望远镜关键技术在轨验证需求，开展基于中国空间站平台的口径1m量级在轨组装空间望远镜的研制，该望远镜不仅需要满足在轨组装望远镜关键技术验证需求，还需要综合考虑模块制造约束、火箭上行约束以及空间站运行约束等。

3、因此，亟需设计现阶段可行的口径1m量级的在轨组装空间望远镜总体结构方案，为研制口径10m量级的空间望远镜奠定技术基础。

技术实现思路

1、本发明主要针对口径10m量级在轨组装空间望远镜关键技术在轨验证需求，在满足中国空间站运维约束(机械、电源、信息、热控接口等)、模块运载上行约束、关键技术验证需求约束以及空间环境变化和舱外周边环境约束等多方面要求的条件下，采用模块化设计理念，完成1m口径在轨组装空间望远镜光机结构总体设计。

2、本发明提供的基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，包括：中央模块、主镜模块、次镜模块和遮光罩；

3、主镜模块连接在中央模块的上端，主镜模块由圆形子镜和设置在该圆形子镜周围的扇形子镜拼接构成，圆形子镜上设置有通光孔，扇形子镜的上表面为曲面；

4、次镜模块包括折叠臂和次镜，次镜连接在折叠臂的顶端；折叠臂的底端连接在中央模块上，折叠臂包括至少两段，相邻两段之间设置有用于驱动折叠臂转动的转动机构，以及用于锁紧折叠臂避免其转动的锁紧机构；

5、遮光罩设置在中央模块的侧面，其包括伸展臂和遮光布，伸展臂带动遮光布运动，实现遮光效果。

6、优选的，采用同轴三反消像散式光学设计，中央模块包括主框架、折反镜、三镜和焦面。

7、优选的，扇形子镜的数量为4，扇形子镜的外边沿棱角处为倒角设计。

8、优选的，圆形子镜上的通光孔为矩形孔或圆形孔。

9、优选的，扇形子镜包括子镜镜体、连接在子镜镜体背面的六维调整机构、以及连接在六维调整机构底面和侧面的标准接口。

10、优选的，标准接口包括传感器、电接口和锁紧钩，通过传感器将标准接口进行对准，锁紧钩将标准接口进行锁紧固定。

11、优选的，遮光罩包括4个伸展臂，伸展臂连接在中央模块上，伸展臂采用可实现一维运动的索杆式伸展结构。

12、优选的，还包括用于实现电控的电箱模块，以及连接在中央模块底部上可转动的指向臂。

13、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

14、本发明将空间望远镜采用模块化设计，有效降低了对运载火箭负载能力的要求。

15、相比于现有六边形拼接子镜的设计，本发明采用圆形子镜和扇形子镜拼接式的主镜，减少了子镜数量，降低了在轨组装难度，提高了有效通光面积。

16、次镜模块采用折叠臂设计，降低了对运载空间的长度要求，具有结构空间利用率高、运载上行代价低，并且本发明完全依照空间站的需求进行设计，具有适配性高等优势。

技术特征：

1.一种基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，其特征在于，包括：通过信号进行相互识别和在轨组装的中央模块、主镜模块、次镜模块和遮光罩；

2.如权利要求1所述的基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，其特征在于，采用同轴三反消像散式光学设计，所述中央模块包括主框架、折反镜、三镜和焦面。

3.如权利要求1所述的基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，其特征在于，扇形子镜的数量为4，扇形子镜的外边沿棱角处为倒角设计。

4.如权利要求3所述的基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，其特征在于，圆形子镜上的通光孔为矩形孔或圆形孔。

5.如权利要求3所述的基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，其特征在于，扇形子镜包括子镜镜体、连接在子镜镜体背面的六维调整机构、以及连接在六维调整机构底面和侧面的标准接口。

6.如权利要求5所述的基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，其特征在于，标准接口包括传感器、电接口和锁紧钩，通过传感器将标准接口进行对准，锁紧钩将标准接口进行锁紧固定。

7.如权利要求1所述的基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，其特征在于，所述遮光罩包括4个伸展臂，伸展臂连接在所述中央模块上，伸展臂采用可实现一维运动的索杆式伸展结构。

8.如权利要求5所述的基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，其特征在于，子镜镜体采用碳化硅材料。

9.如权利要求1所述的基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，其特征在于，还包括用于实现电控的电箱模块，以及连接在所述中央模块底部上可转动的指向臂。

技术总结本发明涉及光学载荷在轨应用技术领域，具体提供一种基于空间站平台口径1m量级在轨组装空间望远镜，包括：通过信号进行相互识别和在轨组装的中央模块、主镜模块、次镜模块和遮光罩；主镜模块连接在中央模块的上端，主镜模块由圆形子镜和设置在该圆形子镜周围的扇形子镜拼接构成；次镜模块包括折叠臂和次镜，次镜连接在折叠臂的顶端；折叠臂的底端连接在中央模块上；中央模块底部上连接有可转动的指向臂。本发明将空间望远镜采用模块化设计，有效降低了对运载火箭负载能力的要求，采用圆形子镜和扇形子镜拼接式的主镜，减少了子镜数量，降低了在轨组装难度，具有结构空间利用率高、运载上行代价低，与中国空间站适配性高等优势。技术研发人员：王锟,许博谦,董能力,王博甲,高雁,白晓泉受保护的技术使用者：中国载人航天工程办公室技术研发日：技术公布日：2024/5/12