CN103471628B - 一种基于压缩光学的空间光学实验室系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于压缩光学的空间光学实验室系统，包括望远装置、光束控制装置、二维跟踪机构、窗口、密封舱载荷适配器、非密封舱载荷适配器、综合管理模块、载荷模块；二维跟踪机构驱动望远装置对准观测区域，由望远装置接收目标信号；望远装置将目标信号大口径的平行光压缩成小口径的平行光后送至光束控制装置；光束控制装置将接收到的平行光束送至非密封舱载荷适配器，同时平行光束还通过窗口送至密封舱载荷适配器；将非密封舱载荷适配器以及密封舱载荷适配器与载荷模块相连，完成实验任务。本发明采用该总体设计理念，能够充分体现系统的扩展性与通用性，真正体现了未来“空间光学技术实验室”的顶层定位要求。
Description
技术领域
本发明属于未来空间站国家光学实验室遥感总体设计领域，涉及一种基于压缩光学的空间光学实验室系统。
背景技术
随着光学遥感技术的快速发展，以及新的遥感手段的不断涌现，对光学技术试验的需求越来越强烈，空间光学的许多共性技术问题、瓶颈问题都需要通过相应的航天验证。空间站作为国家级太空实验室，将开展大规模空间科学实验和技术试验，验证新技术并获取有重要科学和应用价值的探测结果，开展相关领域的研究、探索和试验。空间站的特点是：有人参与，支持航天员长期在轨驻留，并开展少量的空间应用实验；寿命期内可持续升级、维护，由于空间站有人参与，所以一些设备可利用航天员参与的优势进行更换。
面向任务的传统光学遥感器的设计理念是针对特定的观测任务设计，采用传统设计方法，虽然能够制定出满足当前具体任务要求的技术方案，但通用性、扩展性较差，无法全面、高标准地满足多功能光学设施“国家级空间光学技术实验室”的顶层定位要求，以及“三个兼顾”（兼顾当前及未来需求、兼顾巡天查地、兼顾业务应用和技术试验）的功能要求，必须采用更为先进、创新的总体设计理念。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于压缩光学的空间光学实验室系统，满足了“三个兼顾”的功能需求，充分结合空间站平台的优势，科学合理利用空间站平台资源，为观测任务提供全面、优质的基础服务。
本发明的技术方案是：一种基于压缩光学的空间光学实验室系统，包括望远装置、光束控制装置、二维跟踪机构、窗口、密封舱载荷适配器、非密封舱载荷适配器、综合管理模块、载荷模块；望远装置安装在二维跟踪机构上，二维跟踪机构驱动望远装置对准观测区域，由望远装置接收目标信号；望远装置为压缩光学系统，将目标信号大口径的平行光压缩成小口径的平行光后送至光束控制装置；光束控制装置将接收到的平行光束送至非密封舱载荷适配器，同时平行光束还通过窗口送至密封舱载荷适配器；将非密封舱载荷适配器以及密封舱载荷适配器与载荷模块相连，完成实验任务；综合管理模块对系统中各模块工作状态进行设置，对各模块运行状态进行监测、记录和分析，提供各模块健康状况的评价依据；所述的光束控制装置包括分色片和反射镜。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）充分发挥了压缩光学的特点，通过平行光束穿舱实现与载荷模块的协同观测，从而在密封舱内建造了一个通用化、开放式的“空间光学技术实验室”。
（2）创造性地结合了载人空间站工程特点，以安全可靠的舱内维修、操作的人机交互模式，充分、合理地发挥载人空间站有人参与的工程优势。
（3）利用试验载荷可以开展相关的光学技术试验，解决空间光学的许多共性技术问题、瓶颈问题。由于载荷的灵活多样性，后期根据发展可以不断开展大量相关技术试验。通过在轨试验可以有效缩短我国先进光学遥感技术研发周期，促进大量的新技术、新材料、新体制、新方法的在轨应用，为我国光学遥感技术可持续发展奠定基础。
附图说明
图1为本发明系统组成示意图。
具体实施方式
本发明系统组成如图1所示。
本系统包括望远装置、光束控制装置、二维跟踪机构、窗口、密封舱载荷适配器、非密封舱载荷适配器、综合管理模块、载荷模块；望远装置安装在二维跟踪机构上，二维跟踪机构驱动望远装置对准观测区域，由望远装置接收目标信号；望远装置为压缩光学系统，将目标信号大口径的平行光压缩成小口径的平行光后送至光束控制装置；光束控制装置将接收到的平行光束送至非密封舱载荷适配器，同时平行光束还通过窗口送至密封舱载荷适配器；将非密封舱载荷适配器以及密封舱载荷适配器与载荷模块相连，完成实验任务；综合管理模块对系统中各模块工作状态进行设置，对各模块运行状态进行监测、记录和分析，提供各模块健康状况的评价依据；所述的光束控制装置包括分色片和反射镜。
其中载荷模块可包括巡天载荷模块、查地载荷模块等其他扩展载荷模块。可根据观测任务不同，设计专用的载荷模块，经过模块化、可插拔设计，开展各种光学领域应用和新技术试验。
例如选用巡天载荷模块、查地载荷模块；当对天观测时，二维跟踪机构指向目标天区，分光镜将光路切换到非密封舱天文观测模块，同时利用分色片实现多色成像与无缝光谱巡天载荷和太赫兹探测载荷同时成像。通过高精度二维跟踪机构、精密导星测量及稳像控制，完成高分辨率大面积巡天观测。当对地观测时，二维跟踪机构指向地物目标，分光镜将光路切换到对地观测模块，利用窗口将光线引到密封舱内，同时通过末端切换镜实现舱内载荷分时工作。
在任务执行期间，可开展主光机系统的在轨定期/不定期波前校正，通过波前探测器（后端载荷上）探测系统的波前误差，通过控制运算驱动次镜六自由度调整机构和变形镜（次镜）校正波前畸变，确保多功能光学设施的像质。
通过对月亮、恒星进行成像，实现后端载荷绝对定标，密封舱内配置了通用辐射和光谱定标模块，可对后端模块进行在轨定标。
基于压缩光学的空间站实验室系统可以开展相关的光学技术试验，解决空间光学的许多共性技术问题、瓶颈问题。空间技术试验按照技术类型可以分为4类：系统级、部组件级、核心器件和新材料。系统级遥感技术主要是指面向国际先进水平、能够牵引遥感技术未来发展的系统级光学遥感技术。部组件级技术是指长期制约空间光学的共性技术问题。核心器件、材料是指我国自行研发的还不成熟的元器件和光机材料，优于后端载荷的灵活多样性，后期根据发展可以不断开展大量相关技术试验。根据当前技术发展水平，梳理出目前亟待开展试验的光学验证技术，如表1所示。在轨试验可以有效缩短我国先进光学遥感技术研发周期，促进大量的新技术、新材料、新体制、新方法的在轨应用，为我国光学遥感技术可持续发展奠定基础。
表1试验验证技术
平台在轨运行过程中，为了满足不断涌现的新技术应用与试验需求，可对载荷进行维修及升级。采用本方案，舱内载荷模块接口标准化、装调精度低、易操作，便于航天员在舱内完成载荷模块的拆装与更换。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (1)
1.一种基于压缩光学的空间光学实验室系统，其特征在于：包括望远装置、光束控制装置、二维跟踪机构、窗口、密封舱载荷适配器、非密封舱载荷适配器、综合管理模块、载荷模块；望远装置安装在二维跟踪机构上，二维跟踪机构驱动望远装置对准观测区域，由望远装置接收目标信号；望远装置为压缩光学系统，将目标信号大口径的平行光压缩成小口径的平行光后送至光束控制装置；光束控制装置将接收到的平行光束送至非密封舱载荷适配器，同时平行光束还通过窗口送至密封舱载荷适配器；将非密封舱载荷适配器以及密封舱载荷适配器与载荷模块相连，完成实验任务；综合管理模块对系统中各模块工作状态进行设置，对各模块运行状态进行监测、记录和分析，提供各模块健康状况的评价依据；所述的光束控制装置包括分色片和反射镜；所述的载荷模块包括巡天载荷模块、查地载荷模块。
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| 中国空间站光学遥感载荷的发展研究;王峰等;《航天返回与遥感》;20101031;第31卷(第5期);第27-31页 * |
| 国外深空探测光学遥感载荷发展现状与启示;周峰等;《航天返回与遥感》;20120229;第33卷(第1期);第16-22页 * |
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