在轨组装空间望远镜的光机结构的制作方法

本发明涉及光学载荷在轨应用，具体提供一种口径为10m量级的在轨组装空间望远镜的光机结构。

背景技术：

1、随着空间天文观测等需求的提高，对空间望远镜的分辨能力、集光能力等要求进一步提升，下一代大型空间光学载荷的口径将达到10m量级，大幅突破了火箭运载能力和现有光学元件制造能力。届时，目前普遍采用的“单体式”(monolithic)空间望远镜技术路线，对于提升光学口径将面临较大难度。

2、针对上述问题，“在轨组装空间望远镜”(on-orbit assembling spacetelescope)的概念应运而生，其概念内涵是将空间望远镜设计为由多个分体模块组成，通过一次或多次发射送入预定轨道，并在轨道上依托具有服务能力的空间平台，通过航天员或空间机器人，或者二者协同完成组装，并在轨完成光学级调校。例如专利号为zl202011382085.6的中国专利，公开了一种基于航天器平台利用空间机器人组装超大型空间望远镜，其侧重于设计空间望远镜在轨组装流程，并没有公开在轨组装空间望远镜光机结构总体设计方案以及各部分的具体结构，其属于在轨组装空间望远镜的在轨组装阶段，而非地面研制阶段。

3、与“单体式”大型空间望远镜相比，在轨组装空间望远镜具有系统构成复杂、建造部署环节多、接口与约束多等特点，开展其光机结构总体方案设计的过程中，不仅需要保证望远镜的光学性能，而且需要考虑地面制造、运载上行、在轨组装、在轨调校、在轨运维等多个阶段的多方面因素，面临的设计难度较高。

4、因此，在现阶段亟需设计一种可行的光机结构，为口径为10m量级的在轨组装式空间望远镜的研制奠定技术基础。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供了一种在轨组装空间望远镜的光机结构，在保证光学性能的前提下，满足地面制造、运载上行、在轨组装、在轨调校、在轨运维等多个阶段的多方面要求。

2、本发明提供的在轨组装空间望远镜的光机结构，包括：同轴式的主镜组件和次镜组件、次镜桁架、中央模块、遮光罩以及资源仓；

3、主镜组件包括在同一面上的中央子镜模块和旁瓣子镜模块，中央子镜模块通过中央子镜桁架连接在中央模块的前端面上，中央子镜桁架的侧面连接有旁瓣子镜桁架，旁瓣子镜模块连接在旁瓣子镜桁架上；

4、中央子镜模块和旁瓣子镜模块均包括多个结构相同的子镜，子镜包括子镜镜片、以及连接在子镜镜片背面的六维调整机构和曲率调整机构，中央子镜模块和旁瓣子镜模块在轨组装完毕后，通过六维调整机构和曲率调整机构使各子镜共焦共相；

5、次镜组件连接在次镜桁架的一端，次镜桁架的另一端连接在中央模块的顶面上，次镜桁架采用单臂桁架，其由多段次镜子桁架拼接组成，在轨组装时相邻次镜子桁架通过锁紧装置进行对接锁紧；

6、资源仓连接在中央模块的底面上，遮光罩连接在资源仓上，并通过剪叉式伸缩臂进行展开或收拢。

7、优选的，子镜镜片为正六边形状，其材料为微晶玻璃。

8、优选的，中央子镜桁架为正六边形状，中央子镜桁架的中心区域为通光口，通光口的边缘区域上设置有6个子镜的放置板，每个放置板连接有1个子镜。

9、优选的，旁瓣子镜桁架的数量为6，并对应连接有6个旁瓣子镜模块，旁瓣子镜桁架上设置有5个子镜的放置板，其中外侧为3个放置板，内侧为2个放置板，每个放置板连接有1个子镜。

10、优选的，中央子镜桁架、旁瓣子镜桁架和次镜桁架均为碳纤维材料。

11、优选的，次镜桁架包括1个次镜子桁架i、3个次镜子桁架ii和1个次镜桁架iii，次镜桁架iii为直角状结构，次镜子桁架i竖直连接在中央模块的顶面，3个次镜子桁架ii依次连接，并且一端水平连接在次镜子桁架i的顶部侧面上，另一端与次镜桁架iii连接。

12、优选的，遮光罩采用五层聚酰亚氨薄膜。

13、优选的，资源仓上设置有6个剪叉式伸缩臂，剪式伸缩臂包括拉杆、剪叉梁、销轴和电机，拉杆与遮光罩的边缘连接，剪叉梁通过销轴连接，通过电机驱动剪叉梁带动遮光罩展开或收拢。

14、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

15、本发明可以满足口径为10m量级的在轨组装空间望远镜，采用“同轴三反消像散”式(tmc)光学设计方案实现光线传播，相比于“离轴三反消像散”式(tma)，本发明的地面制造可行性更好；采用六边形子镜阵列组成的拼接式主镜组件，以及“单臂式+多段组装式”的次镜桁架，便于火箭运载，降低了对运载火箭的要求，运载上行代价低，并且在轨组装难度低、在轨调校效率高。

技术特征：

1.一种在轨组装空间望远镜的光机结构，其特征在于，包括：同轴式的主镜组件和次镜组件、次镜桁架、中央模块、遮光罩以及资源仓；

2.如权利要求1所述的在轨组装空间望远镜的光机结构，其特征在于，子镜镜片为正六边形状，其材料为微晶玻璃。

3.如权利要求2所述的在轨组装空间望远镜的光机结构，其特征在于，中央子镜桁架为正六边形状，中央子镜桁架的中心区域为通光口，通光口的边缘区域上设置有6个子镜的放置板，每个子镜的放置板连接有1个子镜。

4.如权利要求3所述的在轨组装空间望远镜的光机结构，其特征在于，旁瓣子镜桁架的数量为6，并对应连接有6个旁瓣子镜模块，旁瓣子镜桁架上设置有5个子镜的放置板，其中外侧为3个放置板，内侧为2个放置板，每个放置板连接有1个子镜。

5.如权利要求4所述的在轨组装空间望远镜的光机结构，其特征在于，中央子镜桁架、旁瓣子镜桁架和次镜桁架均为碳纤维材料。

6.如权利要求1或5所述的在轨组装空间望远镜的光机结构，其特征在于，次镜桁架包括1个次镜子桁架i、3个次镜子桁架ii和1个次镜桁架iii，次镜桁架iii为直角状结构，次镜子桁架i竖直连接在中央模块的顶面，3个次镜子桁架ii依次连接，并且一端水平连接在次镜子桁架i的顶部侧面上，另一端与次镜桁架iii连接。

7.如权利要求1所述的在轨组装空间望远镜的光机结构，其特征在于，遮光罩采用五层聚酰亚氨薄膜。

8.如权利要求1所述的在轨组装空间望远镜的光机结构，其特征在于，资源仓上设置有6个剪叉式伸缩臂，剪式伸缩臂包括拉杆、剪叉梁、销轴和电机，拉杆与遮光罩的边缘连接，剪叉梁通过销轴连接，通过电机驱动剪叉梁带动遮光罩展开或收拢。

技术总结本发明涉及光学载荷在轨应用技术领域，具体提供一种在轨组装空间望远镜的光机结构，主镜组件包括中央子镜模块和旁瓣子镜模块，中央子镜模块通过中央子镜桁架连接在中央模块的前端面上，中央子镜桁架的侧面连接有旁瓣子镜桁架，旁瓣子镜模块连接在旁瓣子镜桁架上；次镜组件连接在次镜桁架的一端，次镜桁架的另一端连接在中央模块的顶面上，次镜桁架采用单臂桁架，由多段次镜子桁架拼接组成；资源仓连接在中央模块的底面上，遮光罩连接在资源仓上，并通过剪叉式伸缩臂进行展开或收拢。本发明可以满足口径为10m量级的在轨组装空间望远镜，且地面制造可行性好、运载上行代价低、在轨组装难度低、在轨调校效率高。技术研发人员：王锟,许博谦,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