CN105676450A - 太空环境模拟器窗口逆向设计方法 - Google Patents

Abstract

太空环境模拟器窗口逆向设计方法，属于光学精密检测领域，解决了现有太空环境模拟器窗口存在的内外表面的压力与温度不一致、无法实现完全的零光焦度、检测结果不可靠的问题。该方法为：依据光学系统指标要求确定理想窗口玻璃的尺寸，即不对光学系统产生影响的理论平板窗口玻璃的尺寸；确定太空环境模拟器窗口玻璃工作时所承受的实际载荷，并将该实际载荷作用于上述理想窗口玻璃，获得理想窗口玻璃的变形；对太空环境模拟器窗口玻璃作用一个与上述变形大小相等、方向相反的作用，得到实际所需的太空环境模拟器窗口玻璃。本发明提高了大口径、长焦距、高精度光学系统地面检测的可信性，使得太空环境模拟器窗口不会对光学系统的检测造成任何影响。

Description

太空环境模拟器窗口逆向设计方法

技术领域

本发明属于光学精密检测技术领域，具体涉及一种太空环境模拟器窗口逆向设计方法。

背景技术

随着航天技术的发展，大口径、长焦距、高精度光学系统应用越来越多，但是由于地面测试环境与太空环境的不一致性，往往令大口径、长焦距、高精度光学系统的成像质量评价是不准确的，给光学系统的地面检测和装调带来了诸多不便。因此，研制太空环境模拟器来模拟太空环境从而进行光学系统的地面检测和装调是十分有必要的。

当采用太空环境模拟器来模拟太空环境进行光学系统的地面检测和装调，会带来一个不可回避的问题，那就是必须将太空环境模拟器窗口引入光学系统中。为了不对光学系统成像造成影响、保证入射到光学系统的光束与实际情况一致，太空环境模拟器窗口大多都采用零光焦度的光学元件，但是太空环境模拟器窗口作为模拟器与外界环境的接口，需要起到保护光学系统、隔离外界恶劣环境的作用，这就要求太空环境模拟器窗口必须是一个压力气密隔离窗口，同时又是一个温度隔离窗口。由此可见，太空环境模拟器窗口的工作环境是十分恶劣的，内外表面的压力与温度无法保持一致，无法实现完全的零光焦度，使得在太空环境模拟器中进行的光学系统的测试结果不能令人完全信服。因此，合理设计太空环境模拟器窗口的结构对于提高太空环境模拟器的太空环境模拟真实度和太空遥感器地面光学检测都具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决现有采用零光焦度光学元件设计的太空环境模拟器窗口存在的内外表面的压力与温度不一致、无法实现完全的零光焦度、检测结果不可靠的问题，本发明提出了一种太空环境模拟器窗口逆向设计方法，使得太空环境模拟器窗口不会对光学系统的检测造成任何影响。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的太空环境模拟器窗口逆向设计方法，包括以下步骤：

步骤一、依据所需要检测的光学系统指标要求，确定理想窗口玻璃的尺寸，即不对光学系统产生影响的理论平板窗口玻璃的尺寸；

步骤二、确定太空环境模拟器窗口玻璃工作时所承受的实际载荷大小，并将该实际载荷作用于上述的理想窗口玻璃，获得理想窗口玻璃的变形；

步骤三、对太空环境模拟器窗口玻璃作用一个与上述变形大小相等、方向相反的作用，得到实际所需要的太空环境模拟器窗口玻璃。

进一步的，步骤二中，所述理想窗口玻璃的变形指的是理想窗口玻璃的左右表面的曲率R2和R1。

进一步的，步骤三中，对太空环境模拟器窗口玻璃作用一个与上述变形大小相等、方向相反的作用指的是对太空环境模拟器窗口玻璃左右表面分别作用一个反方向的曲率R2和R1。

本发明的有益效果是：

本发明有效地提高了大口径、长焦距、高精度光学系统地面检测的可信性，为在轨准确应用提供了保障，使得太空环境模拟器窗口不会对光学系统的检测造成任何影响。

附图说明

图1为具体实施方式一中理论平板窗口玻璃示意图。

图2为具体实施方式一中承受实际载荷作用后的理论平板窗口玻璃示意图。

图3为具体实施方式一中最终获得的太空环境模拟器窗口玻璃示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

为了减少太空环境模拟器窗口对光学系统的影响，一般的太空环境模拟器窗口都会采用平板玻璃。根据研究表明，太空环境模拟器窗口会承受内外表面的压差、轴向温差和径向温差的作用，从而导致窗口玻璃发生变形，一般在压差和轴向温差的作用下，窗口玻璃表面会发生曲率的变化，即由平面变成了近似的球面；在径向温差的作用下，窗口玻璃边缘则会产生塌边或者翘边的现象。

为了减弱上述变化对光学系统成像的影响，本发明采用一种逆向思维的设计方式来对太空环境模拟器窗口进行设计。本发明的太空环境模拟器窗口逆向设计方法，包括以下步骤：首先，依据所需要检测的光学系统指标要求，确定理想窗口玻璃的尺寸，即不对光学系统产生影响的理论平板窗口玻璃的尺寸；然后，确定太空环境模拟器窗口玻璃工作时所承受的实际载荷大小，并将该实际载荷作用于上述的理想窗口玻璃，获得理想窗口玻璃的变形；最后，对太空环境模拟器窗口玻璃作用一个与上述变形大小相等、方向相反的作用，得到实际所需要的太空环境模拟器窗口玻璃。

具体实施方式一

以某一型号相机所需的太空环境模拟器为例进行太空环境模拟器窗口设计。首先，根据该型号相机的光学系统指标要求，确定所需要的理论平板窗口玻璃的有效口径为Φ80mm，为了减弱径向温差使得窗口玻璃边缘变形对光学系统成像的影响，将该理论平板窗口玻璃的有效口径扩大到Φ100mm，保证窗口玻璃中间有效口径不受径向温差的影响，同时，为了保证窗口玻璃强度，厚度则选择40mm，得到的理论平板窗口玻璃的结构如图1所示。

然后，根据太空环境模拟器窗口玻璃的实际使用情况可知，该太空环境模拟器窗口玻璃受到1个大气压的压差(左侧为大气压，右侧为真空)、2℃的轴向温差以及1℃的径向温差作用，将这些实际载荷作用到如图1所示的理论平板窗口玻璃上，得到变形后理论平板窗口玻璃左右表面的曲率R2和R1，R1和R2分别为128m和120m，如图2所示。

最后，对太空环境模拟器窗口玻璃左右表面分别作用一个反方向的曲率R1和R2，即对太空环境模拟器窗口玻璃左表面作用一个反方向的曲率R2，同时对太空环境模拟器窗口玻璃右表面作用一个反方向的曲率R1，得到该型号相机实际所需要的太空环境模拟器窗口玻璃，如图3所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.太空环境模拟器窗口逆向设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、依据所需要检测的光学系统指标要求，确定理想窗口玻璃的尺寸，即不对光学系统产生影响的理论平板窗口玻璃的尺寸；

步骤二、确定太空环境模拟器窗口玻璃工作时所承受的实际载荷大小，并将该实际载荷作用于上述的理想窗口玻璃，获得理想窗口玻璃的变形；

步骤三、对太空环境模拟器窗口玻璃作用一个与上述变形大小相等、方向相反的作用，得到实际所需要的太空环境模拟器窗口玻璃。

2.根据权利要求1所述的太空环境模拟器窗口逆向设计方法，其特征在于，步骤二中，所述理想窗口玻璃的变形指的是理想窗口玻璃的左右表面的曲率R2和R1。

3.根据权利要求1或2所述的太空环境模拟器窗口逆向设计方法，其特征在于，步骤三中，对太空环境模拟器窗口玻璃作用一个与上述变形大小相等、方向相反的作用指的是对太空环境模拟器窗口玻璃左右表面分别作用一个反方向的曲率R2和R1。