一種基于壓縮光學(xué)的光束穿艙系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于壓縮光學(xué)的光束穿艙系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括壓縮光學(xué)系統(tǒng)、穿艙通道，穿艙通道包括近紫外-可見-中波紅外窗口和長(zhǎng)波紅外窗口兩個(gè)通道；系統(tǒng)工作時(shí)，首先通過(guò)壓縮光學(xué)系統(tǒng)將大口徑的入射平行光壓縮成小口徑的出射平行光，并通過(guò)穿艙通道將小口徑的出射平行光從非密封艙引到密封艙內(nèi)，實(shí)現(xiàn)小口徑平行光的穿艙，航天員密封艙內(nèi)參與工作。利用光束穿艙系統(tǒng)可以將大口徑入射平行光以小口徑平行光引導(dǎo)艙內(nèi)，大大降低了航天員出艙操作的風(fēng)險(xiǎn)。
【專利說(shuō)明】一種基于壓縮光學(xué)的光束穿艙系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間站國(guó)家光學(xué)實(shí)驗(yàn)室遙感總體設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種基于壓縮光學(xué)的光束穿艙系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光學(xué)遙感技術(shù)的快速發(fā)展，大口徑高靈敏度遙感器需求越來(lái)越多，與大口徑相關(guān)的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，未來(lái)幾年相關(guān)國(guó)家計(jì)劃將以國(guó)際空間站為平臺(tái)驗(yàn)證大口徑分塊在軌組裝技術(shù)和衍射成像技術(shù)這兩類與大口徑相關(guān)的先進(jìn)光學(xué)遙感技術(shù)。由于大口徑光學(xué)遙感器體積較大，為了節(jié)約資源，這兩個(gè)大型光學(xué)遙感設(shè)備將被安裝在艙外，利用外掛方式實(shí)施觀測(cè)試驗(yàn)，在軌的光學(xué)組裝與裝調(diào)也通過(guò)機(jī)械臂完成。
[0003]根據(jù)我國(guó)載人航天大系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)，航天員一年內(nèi)出艙次數(shù)有限，如果試驗(yàn)設(shè)備都放在艙外，試驗(yàn)次數(shù)和試驗(yàn)載荷的種類將大幅度受到限制，不能充分發(fā)揮載人空間站的效能。由于航天員進(jìn)行太空行走時(shí)需要穿著笨重的艙外航天服，人處于漂浮狀態(tài)，難以固定身體，行動(dòng)遲緩，航天服僅能保證暴露在太空中幾小時(shí)，操作時(shí)間有限，不易進(jìn)行復(fù)雜的操作，出艙工作要以簡(jiǎn)單操作為主。哈勃望遠(yuǎn)鏡在軌光學(xué)系統(tǒng)安裝和校正時(shí)便付出了極大的人力和財(cái)力代價(jià)，且難度極大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于壓縮光學(xué)的光束穿艙系統(tǒng)，解決了光束穿艙過(guò)程中像質(zhì)退化、能量減弱等問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于壓縮光學(xué)的光束穿艙系統(tǒng)，包括壓縮光學(xué)系統(tǒng)和穿艙通道；所述的穿艙通道包括近紫外-可見-中波紅外窗口和長(zhǎng)波紅外窗口兩個(gè)通道，且兩個(gè)通道采用一體化設(shè)計(jì)；壓縮光學(xué)系統(tǒng)接收目標(biāo)輻射信號(hào)，并將大口徑入射平行光壓縮成小口徑出射平行光；出射平行光束中的長(zhǎng)波紅外光束通過(guò)長(zhǎng)波紅外窗口進(jìn)入艙內(nèi)，出射平行光束中的近紫外-可見-中波紅外光束通過(guò)近紫外-可見-中波紅外窗口進(jìn)入艙內(nèi)；艙內(nèi)的載荷接收由近紫外-可見-中波紅外窗口以及長(zhǎng)波紅外窗口出射的小口徑平行光并進(jìn)行艙內(nèi)工作。
[0006]所述的近紫外-可見-中波紅外窗口包括光學(xué)窗口玻璃和窗口框架，其中光學(xué)窗口玻璃分為兩層，分別為主承壓層玻璃和冗余承壓層玻璃，且主承壓層玻璃和冗余承壓層玻璃的厚度相同，光學(xué)窗口玻璃材料選用藍(lán)寶石；窗口組件材料選用鈦合金。
[0007]所述的長(zhǎng)波紅外光學(xué)窗口包括光學(xué)窗口玻璃和窗口框架，其中光學(xué)窗口玻璃分為兩層，分別為王承壓層玻璃和幾余承壓層玻璃，且王承壓層玻璃和幾余承壓層玻璃的厚度相同，光學(xué)窗口玻璃材料選用鍺；窗口組件材料選用鈦合金。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0009]本發(fā)明穿艙通道采用了近紫外-中波紅外、長(zhǎng)波紅外光學(xué)兩個(gè)窗口，并且采用一體化設(shè)計(jì)，穿艙后后端像質(zhì)良好，將大口徑的平行光束引入艙內(nèi)成像，實(shí)現(xiàn)航天員在密封艙內(nèi)完成載荷的維護(hù)與升級(jí)，充分發(fā)揮空間站的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展載荷工作，開展短期、頻繁的在軌技術(shù)試驗(yàn)。本發(fā)明應(yīng)用的壓縮光學(xué)系統(tǒng)，具備通用、兼容性好、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為平行光壓縮前后視場(chǎng)角變化示意圖；
[0011]圖2為穿艙通道設(shè)計(jì)示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明系統(tǒng)組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明組成如圖3所示，包括壓縮光學(xué)系統(tǒng)和穿艙通道；所述的穿艙通道包括近紫外-可見-中波紅外窗口和長(zhǎng)波紅外窗口兩個(gè)通道；壓縮光學(xué)系統(tǒng)接收目標(biāo)輻射信號(hào)，并將大口徑入射平行光壓縮成小口徑出射平行光；出射平行光束中的長(zhǎng)波紅外光束通過(guò)長(zhǎng)波紅外窗口進(jìn)入艙內(nèi)，出射平行光束中的近紫外-可見-中波紅外光束通過(guò)近紫外-可見-中波紅外窗口進(jìn)入艙內(nèi)；艙內(nèi)的載荷接收由近紫外-可見-中波紅外窗口以及長(zhǎng)波紅外窗口出射的小口徑平行光并進(jìn)行艙內(nèi)工作。
[0014]大口徑入射平行光壓縮為小口徑出射平行光:光線經(jīng)主光學(xué)系統(tǒng)中的主鏡、次鏡、折轉(zhuǎn)鏡、三鏡后，壓縮為出射平行光束，為載荷模塊提供易裝調(diào)、標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)接口，控制與數(shù)據(jù)接口，熱接口，具備通用、兼容性好、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0015]小口徑出射平行光穿艙:利用窗口玻璃可將小口徑平行光束引入艙內(nèi)，實(shí)現(xiàn)航天員艙內(nèi)參與工作。
[0016]考慮成像的光譜范圍，采用了近紫外-中波紅外、長(zhǎng)波紅外光學(xué)兩個(gè)窗口，并且采用一體化設(shè)計(jì)，如圖2所示。 將紅外光學(xué)窗口的外法蘭與近紫外-中波紅外窗口的窗框法蘭進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，內(nèi)法蘭同理，這樣設(shè)計(jì)使窗口尺寸最小化，窗體結(jié)構(gòu)美觀，簡(jiǎn)潔。窗口裝置整體與窗口安裝平臺(tái)以螺釘連接。安裝平臺(tái)與艙壁以螺釘連接。
[0017]基于壓縮光學(xué)的光束穿艙技術(shù)壓縮比的選擇分析方法如下:本發(fā)明壓縮光學(xué)系統(tǒng)平行光入射、平行光出射。選擇適當(dāng)?shù)膲嚎s比對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。壓縮比的大小直接影響入射到玻璃窗上的光斑尺寸。如果壓縮比過(guò)小，則出射光斑尺寸過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致部分光線被窗口遮擋，形成遮攔，降低光利用效率，甚至損失部分能量。如果壓縮比過(guò)大，會(huì)影響系統(tǒng)的成像質(zhì)量，且出射光視場(chǎng)角過(guò)大，后端載荷的設(shè)計(jì)難度增大。平行光壓縮前后視場(chǎng)角變化情況如圖1所示，出射光線角度與入射光線角度的比值等于系統(tǒng)壓縮比。表1計(jì)算了不同壓縮比時(shí)，主光機(jī)系統(tǒng)出射光線角度，出瞳大小以及光學(xué)窗口尺寸。從計(jì)算結(jié)果中可以看出，壓縮比小于10時(shí)，出瞳口徑較大，間接導(dǎo)致玻璃窗口的尺寸過(guò)大，而大口徑密封玻璃獲取難度大，工程可實(shí)現(xiàn)性差；壓縮比大于12時(shí)，出射光線角度大,后端載荷設(shè)計(jì)難度大,研制成本高、體積重量大。綜合考慮各種因素，主光學(xué)無(wú)焦系統(tǒng)壓縮比應(yīng)選擇10~12之間。
[0018]表1不同壓縮比時(shí)的玻璃窗口直徑
[0019]
WmEI出射視場(chǎng)角 I出瞳大小(mm)
δΤ?8.25° X 5.25°~ 400.0[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓縮光學(xué)的光束穿艙系統(tǒng)，其特征在于:包括壓縮光學(xué)系統(tǒng)和穿艙通道；所述的穿艙通道包括近紫外-可見-中波紅外窗口和長(zhǎng)波紅外窗口兩個(gè)通道，且兩個(gè)通道采用一體化設(shè)計(jì)；壓縮光學(xué)系統(tǒng)接收目標(biāo)輻射信號(hào)，并將大口徑入射平行光壓縮成小口徑出射平行光；出射平行光束中的長(zhǎng)波紅外光束通過(guò)長(zhǎng)波紅外窗口進(jìn)入艙內(nèi)，出射平行光束中的近紫外-可見-中波紅外光束通過(guò)近紫外-可見-中波紅外窗口進(jìn)入艙內(nèi)；艙內(nèi)的載荷接收由近紫外-可見-中波紅外窗口以及長(zhǎng)波紅外窗口出射的小口徑平行光并進(jìn)行艙內(nèi)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮光學(xué)的光束穿艙系統(tǒng)，其特征在于:所述的近紫外-可見-中波紅外窗口包括光學(xué)窗口玻璃和窗口框架，其中光學(xué)窗口玻璃分為兩層，分別為王承壓層玻璃和幾余承壓層玻璃，且王承壓層玻璃和幾余承壓層玻璃的厚度相問(wèn)，光學(xué)窗口玻璃材料選用藍(lán)寶石；窗口組件材料選用鈦合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮光學(xué)的光束穿艙系統(tǒng)，其特征在于:所述的長(zhǎng)波紅外光學(xué)窗口包括光學(xué)窗口玻璃和窗口框架，其中光學(xué)窗口玻璃分為兩層，分別為主承壓層玻璃和幾余承壓層玻璃，且王承壓層玻璃和幾余承壓層玻璃的厚度相冋，光學(xué)窗口玻璃材料選用鍺；窗口組件材料選用鈦合金。
【文檔編號(hào)】G02B27/00GK103472580SQ201310383131
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】蘇云, 馬永利, 鐘曉明, 阮寧娟, 趙海博, 程少園, 金建高, 呂紅 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所