空间望远镜滤光片转轮机构寿命试验研究

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作者 郭伟 许明明 +5 位作者 窦江培 郭国强 任培强 何金凝 孔令一 张子豪 《上海航天(中英文)》 2025年第1期110-118,共9页

针对国内外空间运动机构热真空加速寿命试验主要集中在组件上,未能全面反映整机的长寿命性能。本文对空间环境下的巡天光学望远镜的长寿命滤光片转轮机构,设计了一种关于空间环境的热真空寿命试验方案,充分考虑了滤光片转轮在空间运行... 针对国内外空间运动机构热真空加速寿命试验主要集中在组件上,未能全面反映整机的长寿命性能。本文对空间环境下的巡天光学望远镜的长寿命滤光片转轮机构,设计了一种关于空间环境的热真空寿命试验方案,充分考虑了滤光片转轮在空间运行时面临的工况和严酷空间环境,开展了滤光片转轮机构的真空加速寿命试验,以验证固体润滑轴承组件、传动副固体润滑设计和整机性能是否满足在轨寿命要求。针对该滤光轮在轨转动8×10^(4)次的寿命要求,本文设计了详细的试验方案,并搭建了热真空环境试验系统。试验结果显示:寿命试验运行正常,累积转动1.6×10^(5)次。试验后对轴承进行了摩擦力矩和启动力矩复测,并对轴承组件进行了解剖分析。复测结果显示:轴承摩擦力矩和启动力矩与试验前一致,轴承润滑状态良好。试验后对蜗轮蜗杆副固体润滑进行高倍显微镜分析,结果显示,蜗轮蜗杆副润滑膜层均完好覆盖基底,润滑状态良好。试验后开展滤光片转轮整机性能测试,测试结果满足性能指标。加速热真空寿命试验结果验证了滤光片转轮寿命满足在轨长寿命任务要求,同时为其他空间运动机构的长寿命设计提供了依据,并为其他机构的寿命试验提供了参考思路。 展开更多

关键词 空间环境 长寿命 滤光片转轮 固体润滑 性能测试 寿命试验

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空间系外行星探测与研究进展 被引量：3

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作者 周济林 谢基伟 +10 位作者 葛健 季江徽 窦江培 东苏勃 刘慧根 王炜 郭建恒 余聪 白雪宁 冯发波 刘倍贝 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期5-18,共14页

系外行星学科是近30年来迅速发展起来的一门新兴学科.其主要研究内容和目标包括,通过发展各种探测技术探测太阳系外行星,分析行星轨道、成分、大气性质,评估行星的宜居性,统计行星的分布规律,从理论和观测上揭示行星系统的形成和动力学... 系外行星学科是近30年来迅速发展起来的一门新兴学科.其主要研究内容和目标包括,通过发展各种探测技术探测太阳系外行星,分析行星轨道、成分、大气性质,评估行星的宜居性,统计行星的分布规律,从理论和观测上揭示行星系统的形成和动力学演化机制.系外行星的研究对于回答宇宙中是否存在其他生命以及人类在宇宙中的地位和意义等问题具有重要意义.随着21世纪空间探测技术的发展,系外行星的研究进入了崭新及快速的发展阶段.本文分析了系外行星研究领域的发展态势,凝练中国在系外行星未来空间探测发展的重点领域,优化学科布局,以推进系外行星研究的快速稳步发展. 展开更多

关键词 系外行星 发展动态 战略规划

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高对比度成像波前检测及校正算法研究

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作者 陈曌瑜 张熙 王钢 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1906-1912,共7页

空间超高对比度成像技术是开展类地行星直接成像探测的必要条件,该技术的实现依赖于空间星冕仪系统对光学波前的精确控制,因此需要发展专用的在轨波前检测及校正算法。此类算法已在地基自适应光学系统中广泛应用,但在空间中,受限于航天... 空间超高对比度成像技术是开展类地行星直接成像探测的必要条件,该技术的实现依赖于空间星冕仪系统对光学波前的精确控制,因此需要发展专用的在轨波前检测及校正算法。此类算法已在地基自适应光学系统中广泛应用,但在空间中,受限于航天用CPU性能和选型限制,无法基于纯CPU运算设计。本文基于FPGA和CPU混合架构实现波前校正,在兼顾硬件资源和运算精度的条件下,能够锁定系外行星探测所需的高对比度成像暗区。上述混合架构的算法在大规模自适应光学系统中也具有显著的速度优势,针对100×100子孔径数的自适应光学系统,波前处理延时缩短1281.826μs,可满足为地基大口径望远镜配备的ExAO、GLAO和MCAO等自适应光学系统高速并行计算的需求。 展开更多

关键词 自适应光学 高对比度成像 波前检测及校正 FPGA

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原初引力波望远镜环境保护罩高度轴系结构方案及控制策略

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作者 乐中宇 蒋粲奕 +3 位作者 徐进 邓壮壮 郑波 陈亮 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第1期187-198,共12页

阿里原初引力波项目为保护望远镜提出了独特的环境保护罩方案,该研究针对该方案的高度轴系结构及控制策略展开。首先,根据望远镜运行模式对高度轴系进行运动及结构方案设计,建立系统的接触和摩擦模型,并进行动力学仿真。基于仿真结果提... 阿里原初引力波项目为保护望远镜提出了独特的环境保护罩方案,该研究针对该方案的高度轴系结构及控制策略展开。首先,根据望远镜运行模式对高度轴系进行运动及结构方案设计,建立系统的接触和摩擦模型,并进行动力学仿真。基于仿真结果提出基于目标位置的力矩补偿双电机控制策略,并为主动电机设计了基于SAPSO-BP策略的PID控制器。控制系统仿真结果表明,基于SAPSOBP的PID控制器在1°/s阶跃信号下,相对于调节时间相同的PSO-BP策略超调量减少了6%,且在一定扰动下能够更好地抑制峰值误差。通过对高度轴系统验证,该控制策略在1°/s及2°/s阶跃信号、梯形信号以及正弦信号下表现出了良好的跟随性能,并可以实现主从电机的协调分配与稳定运行,其速度跟踪误差均满足设计要求。 展开更多

关键词 环境保护罩高度轴系 多体动力学 双电机控制策略 BP-PID控制器 SAPSO优化算法

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适用于大型空间载荷的微振动数据处理方法

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作者 崔浩东 刘宝禄 +1 位作者 许明明 窦江培 《航天器环境工程》 2025年第2期128-135,共8页

为解决大型空间载荷地面微振动测试中多传感器数据的变换合成问题,依托中国巡天空间望远镜(CSST)空间星冕仪载荷的测试工作,文章提出一种微振动数据处理算法:通过简易的坐标变换,将星冕仪载荷与卫星接口处的多传感器测量数据由传感器本... 为解决大型空间载荷地面微振动测试中多传感器数据的变换合成问题,依托中国巡天空间望远镜(CSST)空间星冕仪载荷的测试工作,文章提出一种微振动数据处理算法:通过简易的坐标变换,将星冕仪载荷与卫星接口处的多传感器测量数据由传感器本体坐标系变换至参考坐标系下;以传感器的测量数据为输入,采用空间力合成理论计算得到载荷质心处六分量形式(F_(x),F_(y),F_(z),M_(x),M_(y),M_(z))的受力情况。为验证该算法中空间力合成理论的有效性,搭建了四传感器结构的简易测力台,与经标定的测力台测量同一振源。结果表明,三向力均方根(RMS)相对误差在4%以内,三向力矩RMS误差在8%以内。该算法可用于大型空间载荷微振动测试中的数据处理,指导并验证微振动隔振设计。 展开更多

关键词 星冕仪载荷 微振动 微振动测试 力合成理论 多步坐标变换

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系外行星成像星冕仪模块光学基板结构优化设计与分析

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作者 许明明 郭伟 +4 位作者 孔令一 窦江培 朱永田 陈博 刘宝禄 《航天器环境工程》 CSCD 北大核心 2023年第6期663-668,共6页

为确保星冕仪的成像性能,文章针对中国空间站巡天空间望远镜(CSST)系外行星成像星冕仪(CPI-C)的光学基板结构进行优化设计与分析。首先,通过数值仿真分析方法获取光学基板的最优结构设计方案;然后,对优化设计方案进行动力学性能仿真分... 为确保星冕仪的成像性能,文章针对中国空间站巡天空间望远镜(CSST)系外行星成像星冕仪(CPI-C)的光学基板结构进行优化设计与分析。首先,通过数值仿真分析方法获取光学基板的最优结构设计方案;然后,对优化设计方案进行动力学性能仿真分析评估;最后,对试验工装夹具进行设计,并试验测试加工完成的光学基板的力学性能。结果显示:优化后的光学基板重8.6 kg,轻量化率为70.19%,一阶固有频率为322.46 Hz;试验工装和光学基板耦合后的一阶固有频率为269.63 Hz(>150 Hz)。以上表明光学基板的性能满足设计指标要求,能够用于CPI-C模块。 展开更多

关键词 巡天空间望远镜 系外行星成像星冕仪 光学支撑基板 结构优化设计

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溶胶-凝胶法制备YAG∶Ce,Yb纳米荧光粉及其发光性质研究 被引量：5

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作者 唐靓 叶慧琪 肖东 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1051-1058,共8页

使用溶胶-凝胶法在不同煅烧温度下制备了不同掺杂的YAG∶Ce,Yb荧光粉。使用扫描电镜、X射线衍射仪对其形貌、结构进行了表征;采用光致发光、荧光寿命等技术,对其发光性质进行了研究。结果表明:粉体粒径随煅烧温度上升而增大,在1 000℃下... 使用溶胶-凝胶法在不同煅烧温度下制备了不同掺杂的YAG∶Ce,Yb荧光粉。使用扫描电镜、X射线衍射仪对其形貌、结构进行了表征;采用光致发光、荧光寿命等技术,对其发光性质进行了研究。结果表明:粉体粒径随煅烧温度上升而增大,在1 000℃下,得到平均尺寸~84 nm的纳米荧光粉。溶胶-凝胶法产物与高温固态法产物相比,Yb^(3+)离子发光的猝灭浓度由10%下降至5%。这可能是由于溶胶-凝胶反应产物体系中掺杂离子分布更加均匀所致。 展开更多

关键词 YAG∶Ce Yb 溶胶-凝胶法 纳米荧光粉 猝灭浓度

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基于橡胶隔振器的脉冲管制冷机微振动抑制研究 被引量：3

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作者 刘宝禄 张宏 +2 位作者 许明明 窦江培 郭伟 《航天器环境工程》 CSCD 北大核心 2023年第5期501-508,共8页

着眼于降低某航天器敏感载荷的微振动影响,重点探究了橡胶隔振器对载荷内部脉冲管制冷机的微振动抑制效果。首先对制冷机的微振源特性展开分析;其次结合敏感载荷的隔振需求,确定采取被动隔振的方案,并对橡胶隔振器的特性进行了准静态测... 着眼于降低某航天器敏感载荷的微振动影响,重点探究了橡胶隔振器对载荷内部脉冲管制冷机的微振动抑制效果。首先对制冷机的微振源特性展开分析;其次结合敏感载荷的隔振需求,确定采取被动隔振的方案,并对橡胶隔振器的特性进行了准静态测试和扫频试验验证;对隔振系统进行了主动段发射条件下的力学承载性试验和常温下的微振动衰减试验,最终筛选出同时兼顾主动段和在轨工作段需求的橡胶隔振器。试验结果表明:装配有隔振系统的制冷机组件能够承受住主动段发射冲击,结构稳定性高,微振动衰减效能达34.12 dB,满足>24 dB的预期要求。研究结果可为制冷机微振动抑制提供技术参考,优化后续的整体设计。 展开更多

关键词 微振动抑制 航天器敏感载荷 脉冲管制冷机 橡胶隔振器

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激光标线仪在构建光学镜面测试光路中的应用 被引量：1

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作者 季波 徐晨 汤瑾 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第8期1163-1168,共6页

基于激光标线仪能够非接触式输出连续参考基准的特性,提出将激光标线仪应用于辅助构建光学镜面测试光路,分别研究了激光标线仪在平面镜测试、球面镜测试、Ritchey-Common法测试、非球面镜测试等测试光路构建中的作用以及在光路调整中的... 基于激光标线仪能够非接触式输出连续参考基准的特性,提出将激光标线仪应用于辅助构建光学镜面测试光路,分别研究了激光标线仪在平面镜测试、球面镜测试、Ritchey-Common法测试、非球面镜测试等测试光路构建中的作用以及在光路调整中的操作事项,总结了激光标线仪在空间定位、光轴校正中的特殊优势,讨论了激光标线仪误差对于测试的影响以及相应的修正措施,并通过实验比对验证了激光标线仪相比传统辅助测试设备的优势。研究表明用激光标线仪能替代传统的辅助对准调试设备和方法,对于不同类型的光学镜面测试均有很好的适应性。 展开更多

关键词 计量学 镜面测试 激光标线仪 光路 对准

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星载反射式成像系统计算光学设计方法综述 被引量：1

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作者 高金铭 郭劲英 +7 位作者 孙越 卞殷旭 于钱 彭吉龙 贺融 罗茂 匡翠方 司徒国海 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2023年第6期1-11,共11页

星载反射式遥感成像系统的结构集成度高、光学面型复杂,面临光学初始结构难以求解和像质优化难以收敛的设计难题。综述着重探讨星载反射式成像系统中的计算光学设计方法。星载反射式成像系统计算光学设计,包括复杂曲面反射镜、曲面反射... 星载反射式遥感成像系统的结构集成度高、光学面型复杂,面临光学初始结构难以求解和像质优化难以收敛的设计难题。综述着重探讨星载反射式成像系统中的计算光学设计方法。星载反射式成像系统计算光学设计,包括复杂曲面反射镜、曲面反射型光栅等硬件设计,以及计算成像图像解码等算法设计。面对星载遥感成像的不同应用,文章从深度学习光学结构设计、合成孔径计算成像、景深延拓计算成像、主动光学计算像差补偿和曲面光栅计算光谱成像等几个方面进行系统性地分类讨论。本综述结论为:基于计算光学的设计方法,无论在光学结构与面型求解方面,还是图像信号非线性逆问题求解方面,都具有强大的设计能力。在发展趋势上,计算光学在航天光学系统的设计潜力刚刚被挖掘。在“人工智能时代”的软、硬件算力支持下,计算光学方法将大大提升星载反射式成像系统设计的便捷性。 展开更多

关键词 遥感成像 光学设计 人工智能 计算光学

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基于差分运算的望远镜驱动系统非预期故障重构方法

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作者 邓壮壮 杨世海 +2 位作者 李运 徐灵哲 刘睿强 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第14期267-274,共8页

极端环境下的望远镜驱动系统永磁同步电机传感器容易面临非预期故障,导致系统观测性能下降,甚至可能造成望远镜停机。在这种情况下,提出一种用于望远镜驱动系统电流传感器的故障重构方法,主要包含故障检测、隔离和重构等几个方面。其中... 极端环境下的望远镜驱动系统永磁同步电机传感器容易面临非预期故障,导致系统观测性能下降,甚至可能造成望远镜停机。在这种情况下,提出一种用于望远镜驱动系统电流传感器的故障重构方法,主要包含故障检测、隔离和重构等几个方面。其中,故障检测由三阶级联差分运算完成,对不同的故障类型、即使微小故障也能有很好的鲁棒性;决策逻辑电路根据故障检测提供的故障信号flag执行隔离操作;Switches开关根据隔离动作选择合适的电流,以达到故障重构目的。仿真试验表明,该方法从故障状态切换到健康状态是平稳的,且不影响系统的动态性能,确保驱动系统的可靠性和稳定性。 展开更多

关键词 望远镜驱动系统 永磁同步电机 非预期故障 故障重构 差分运算

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基于三维反正切函数拟合的光斑质心提取算法 被引量：7

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作者 张惠 李国平 +1 位作者 张勇 胡守伟 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期268-275,共8页

在诸多需要对光斑质心进行定位的领域里,光斑质心定位的精确性和稳定性都是至关重要的。根据光学系统对物体边缘的模糊原理,提出一种新的光斑中心提取算法。该算法是以反正切函数为基函数,通过对其变量代换从而得到可以拟合光斑灰度分... 在诸多需要对光斑质心进行定位的领域里,光斑质心定位的精确性和稳定性都是至关重要的。根据光学系统对物体边缘的模糊原理,提出一种新的光斑中心提取算法。该算法是以反正切函数为基函数,通过对其变量代换从而得到可以拟合光斑灰度分布的函数。求解过程中首先通过高斯-牛顿法进行迭代,然后再通过最小二乘法进行最优解估计。文中先通过仿真分析,对比了文中算法与传统算法的优劣,进一步通过实验验证该方法相对于传统方法的优势。实验结果表明:基于文中算法光斑质心提取精度为0.125 3个像素;此时角度传感器的测角精度为0.172 3″,优于传感器技术要求的0.25″。文中算法对噪声、对比度、光斑的长宽比和大小的综合性能优于传统算法,实验结果稳定可靠,满足角度传感器使用要求。 展开更多

关键词 光斑中心提取 亚像素检测 反正切函数变换 灰度拟合

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星冕仪制冷机黏弹性隔振平台的非线性振动建模分析

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作者 张宏 刘宝禄 +1 位作者 许明明 窦江培 《航天器环境工程》 CSCD 北大核心 2023年第4期349-355,共7页

中国空间站巡天望远镜(CSST)中的星冕仪模块能够实现系外行星直接成像,然而在轨运行期间其运动模块会产生微振动扰动而导致图像质量下降。文章针对航天载荷常用隔振系统进行非线性建模分析,针对黏弹性材料的Kelvin-Voigt模型进行非线性... 中国空间站巡天望远镜(CSST)中的星冕仪模块能够实现系外行星直接成像,然而在轨运行期间其运动模块会产生微振动扰动而导致图像质量下降。文章针对航天载荷常用隔振系统进行非线性建模分析,针对黏弹性材料的Kelvin-Voigt模型进行非线性扩展,通过三阶谐波平衡法对本构方程求解。以微分形式建立了非线性Kelvin-Voigt模型的振动运动方程,对类似的设计假设以及工程应用提供了理论依据;模型分析结果表明,扩展后的非线性实体模型有效补充了非线弹性的微振动隔振系统设计理论,有助于提高工程设计的数据精度。 展开更多

关键词 星冕仪 巡天望远镜 非线性振动 Kelvin-Voigt模型

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2.5 m大视场高分辨率望远镜消光筒温度控制

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作者 潘聪 叶宇 +1 位作者 顾伯忠 帅雨林 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期175-182,共8页

2.5 m大视场高分辨率望远镜消光筒会接收来自主焦点处的热辐射,加热镜筒内空气,产生随机湍流,降低视宁度,影响望远镜成像质量。为解决这一问题,满足2.5 m望远镜温控指标要求,设计Smith自抗扰控制器(ADRC-Smith),利用自抗扰控制结合Smit... 2.5 m大视场高分辨率望远镜消光筒会接收来自主焦点处的热辐射,加热镜筒内空气,产生随机湍流,降低视宁度,影响望远镜成像质量。为解决这一问题,满足2.5 m望远镜温控指标要求,设计Smith自抗扰控制器(ADRC-Smith),利用自抗扰控制结合Smith预估算法实现对消光筒壁面温度的精确控制。首先,建立消光筒温控系统模型,给出ADRC-Smith控制器的结构和调参方法;其次,对消光筒温控系统进行仿真,分析控制器的可行性;最后,搭建消光筒温控系统,实验验证控制器的实用性。实验结果表明,ADRC-Smith控制器可以将消光筒壁面温度控制在环境温度2℃内,对应的响应时间和稳定时间分别约为59 s和173 s,跟随误差约为0.14℃。研究表明,ADRC-Smith控制器可以提高2.5 m大视场高分辨率望远镜消光筒温控系统的性能。 展开更多

关键词 2.5 m大视场高分辨率望远镜 消光筒 温度控制 自抗扰控制器 Smith预估器

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