RU2629693C1

RU2629693C1 - Method of assembling x-ray optical system containing n mirror modules

Info

Publication number: RU2629693C1
Application number: RU2016140382A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Григорович; Валерий Петрович Лазарчук; Сергей Александрович Фролов; Александр Алексеевич Швецов; Юрий Мирославович Боднар; Александр Викторович Рядов; Дмитрий Сергеевич Седов; Михаил Николаевич Гарин; Егор Александрович Пикалов
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2017-08-31

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: method includes sequentially setting up modules, by means of an alignment and assembling stand on a common support plate, consisting of several coaxially placed inserts forming elementary sliding-fall mirrors combined on a single base. Herewith the orientation of each module relative to the common support plate is carried out using laser radiation of the visible spectral range along the orientation of the outer end surface of its single base, which is previously mirror, for which a wide-aperture monochromatic beam is formed with a quasi-plane wave front, divergence θ chosen from condition θ≤3⋅10^-5Rad, and direct it to the mirror surface of the base, monitoring the position of the module on the receiving area of the CCD camera on the reflected signal with respect to a predetermined reference mark fixing the optical axis of the beam, providing the required angular accuracy of each module mounting on the common support plate. If necessary, the possible angular deviations are corrected.

EFFECT: alignment and assembling processes of the mirror system are performed with high accuracy.

4 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, рентгеновской астрономии и может быть использовано при разработке способов сборки зеркальной системы телескопов, предназначенных для наблюдения астрономических объектов в рентгеновском диапазоне спектра электромагнитного излучения, в частности касается способа сборки оптической системы рентгеновского телескопа, содержащей N зеркальных модулей. The invention relates to optical instrumentation, X-ray astronomy and can be used to develop methods for assembling a mirror system of telescopes designed to observe astronomical objects in the X-ray range of the electromagnetic radiation spectrum, in particular, to a method for assembling an optical system of an X-ray telescope containing N mirror modules.

Из патента на изобретение US 4562583 (31.12.1985) известен метод позиционирования зеркал оптической системы рентгеновского телескопа по отношению к оптической оси. Оптическая система этого телескопа включает две подсистемы, одна из них является первичной и выполнена в виде зеркала на основе Вольтер I системы, а вторая - представляет собой множество отражающих элементов (гиперболических зеркал), установленных на торцах цилиндрических элементов, зафиксированных на вращающемся основании, причем зеркала расположены с обеих сторон основания. Расположение зеркал определено математически. Позиционирование зеркала в выбранном положении по отношению к оптической оси системы осуществляют с помощью вращающегося основания, которое поворачивается вокруг оси с помощью шагового двигателя. Шестерня, установленная на выходном валу шагового двигателя, входит в зацепление с шестерней, связанной с вращающимся основанием. Эти компоненты тщательно обработаны и выверены таким образом, что при каждом рабочем положении вращающегося основания, оптическая ось гиперболического зеркала точно совпадает с оптической осью зеркала на основе Вольтер I системы. Положение выбранного гиперболического зеркала по отношению к оптической оси системы определяет эффективное фокусное расстояние оптической системы и требуемое увеличение. Первый фокус зеркал, зафиксированных на одной из сторон вращающегося основания и более удаленных от детектора, совпадает с фокусом первой оптической системы, а их второй фокус расположен на оптической оси телескопа в фокальной плоскости детектора. Излучение фокусируется на чувствительной поверхности детектора. Такая конструкция позволяет улучшить пространственное, временное и спектральное разрешение, увеличить эффективное фокусное расстояние при сохранении компактных размеров. Однако, пространственное разрешение остается недостаточно высоким и телескоп не может работать во всем диапазоне длин волн, которые могут быть приняты. Каждое зеркало позволяет выбрать только один узкий спектр приходящего излучения и отразить его к детектору. Практическое воплощение такой конструкции должно включать в себя как можно больше отражающих элементов, которые лучше выполнять из различных слоистых синтетических микроструктур, таким образом, чтобы каждый слой отражал только выбранный спектральный участок спектра рентгеновского излучения. Для достижения наилучших результатов каждое зеркало должно состоять из многих (100-1000) чередующихся слоев материалов, таких как вольфрам и углерод, золото и алюминий, алюминий и бериллий или магний и золото и т.д. При этом, сборка такой конструкции представляет собой очень трудоемкий и сложный процесс, трудно контролируемый на каждом этапе.From the patent for the invention US 4562583 (12/31/1985), a method for positioning mirrors of an optical system of an X-ray telescope with respect to the optical axis is known. The optical system of this telescope includes two subsystems, one of them is primary and is made in the form of a mirror based on the Voltaire I system, and the second is a set of reflecting elements (hyperbolic mirrors) mounted on the ends of cylindrical elements fixed on a rotating base, and the mirrors located on both sides of the base. The location of the mirrors is determined mathematically. The positioning of the mirror in the selected position relative to the optical axis of the system is carried out using a rotating base, which rotates around the axis using a stepper motor. The gear mounted on the output shaft of the stepper motor is engaged with the gear associated with the rotating base. These components are carefully processed and verified in such a way that for each working position of the rotating base, the optical axis of the hyperbolic mirror exactly coincides with the optical axis of the mirror based on the Voltaire I system. The position of the selected hyperbolic mirror with respect to the optical axis of the system determines the effective focal length of the optical system and the required magnification. The first focus of the mirrors, fixed on one side of the rotating base and more remote from the detector, coincides with the focus of the first optical system, and their second focus is located on the optical axis of the telescope in the focal plane of the detector. The radiation focuses on the sensitive surface of the detector. This design allows you to improve spatial, temporal and spectral resolution, increase the effective focal length while maintaining compact dimensions. However, the spatial resolution remains not high enough and the telescope cannot work in the entire range of wavelengths that can be received. Each mirror allows you to select only one narrow spectrum of incoming radiation and reflect it to the detector. The practical embodiment of such a design should include as many reflecting elements as possible, which are best made from various layered synthetic microstructures, so that each layer reflects only the selected spectral region of the x-ray spectrum. For best results, each mirror should consist of many (100-1000) alternating layers of materials, such as tungsten and carbon, gold and aluminum, aluminum and beryllium or magnesium and gold, etc. At the same time, the assembly of such a design is a very laborious and complex process, difficult to control at each stage.

Из патента US 4063088 (публик. 13.12. 1977) известны способ и устройство контроля зеркальной оптической системы, состоящей из зеркал скользящего падения и предназначенной для рентгеновского телескопа. Оптическая система включает четное число коаксиальных и конфокальных отражающих поверхностей. Устройство контроля включает в себя: рентгеновский лазер для генерации коллимированного пучка рентгеновских квантов, направленных параллельно оси зеркальной системы, таким образом, эффективно имитируя параллельные рентгеновские лучи, которые система будет принимать при использовании на орбите; лист пленки, расположенной в общем фокусе и лежащей в фокальной плоскости отражающих поверхностей; тестовый шаблон, расположенный между лазером и зеркалами так, чтобы результирующее изображение на пленке, можно было сравнить с тестовым шаблоном для определения характеристик оптической системы. Способ контроля включает в себя: освещение выбранной площади отражающей поверхности зеркальной оптической системы коллимированным пучком рентгеновских квантов достаточно большого сечения, направленных вдоль оптической оси системы и полученных с помощью лазера, генерирующего коллимированные X – лучи, при этом заранее выбранной площадью отражающих поверхностей является кольцевая область внутренней отражающей поверхности оптической системы; размещение листа фотопленки в фокальной плоскости отражающих поверхностей; установки между лазером и системой тестового шаблона таким образом, чтобы изображение, полученное на пленке, можно было сравнить с изображением тестового шаблона для определения эффективности и разрешения оптической системы. Данный способ предназначен для контроля зеркальной оптической системы, которая выполнена в виде одного модуля и обеспечивает контроль выставления модуля относительно оптической оси.From the patent US 4063088 (published on December 13, 1977), a method and a device for monitoring a mirror optical system consisting of sliding falling mirrors and intended for an X-ray telescope are known. The optical system includes an even number of coaxial and confocal reflective surfaces. The control device includes: an x-ray laser for generating a collimated beam of x-ray quanta directed parallel to the axis of the mirror system, thus effectively simulating parallel x-rays that the system will receive when used in orbit; a sheet of film located in a common focus and lying in the focal plane of reflective surfaces; a test pattern located between the laser and the mirrors so that the resulting image on the film can be compared with a test pattern to determine the characteristics of the optical system. The control method includes: illumination of the selected area of the reflecting surface of the mirror optical system with a collimated beam of x-ray quanta of sufficiently large cross-section, directed along the optical axis of the system and obtained using a laser generating collimated X-rays, while the pre-selected area of the reflecting surfaces is the annular region of the inner reflective surface of the optical system; placing a film sheet in the focal plane of reflective surfaces; installation between the laser and the test pattern system so that the image obtained on the film can be compared with the image of the test pattern to determine the efficiency and resolution of the optical system. This method is designed to control a mirror optical system, which is made in the form of a single module and provides control of the exposure of the module relative to the optical axis.

Современная тенденция в космической астрономии направлена на то, чтобы разрабатывать многомодульные оптические системы, имеющие достаточно большую собирательную поверхность с разрешающей способностью менее одной дуговой секунды. Основным преимуществом множественной зеркальной системы является уменьшение фокусного расстояния (таким образом, снижается инструментальный фон), и снижение нагона при наблюдении ярких источников. Очевидно, что такая конфигурация позволяет выполнить более компактным телескоп и использовать несколько одинаковых камер. Однако такая конструкция в целом приводит к необходимости изготовления достаточно большого количества зеркал высокого качества, которые функционируют в стабилизированной в термическом плане окружающей среде с градиентами температуры менее 0,2°С и при температурах, которые могут достигать -90^oС. Одной из главных проблем, связанных с подобными зеркалами, является сложность изготовления как самих зеркал, так и осуществления их сборки в модули, а модули в оптическую систему. Сборка оптической системы из таких зеркал порождает следующие проблемы: достаточно трудно реализовать по месту сборки измерения на уже установленных оптических элементах; дифференциальные деформации, связанные с различными тепловыми коэффициентами расширения, возникают между зеркалами и их основанием в процессе осуществления различных этапов, таких как изготовление, сборка, тестирование и эксплуатация; достаточно трудно выставить соответствующим образом вдоль одного направления зеркала и зеркальные модули и обеспечить совпадение их фокусов.The current trend in space astronomy is aimed at developing multi-module optical systems having a sufficiently large collective surface with a resolution of less than one arc second. The main advantage of the multiple mirror system is the reduction in focal length (thus reducing the instrumental background), and the reduction in surge when observing bright sources. Obviously, this configuration allows you to make a more compact telescope and use several identical cameras. However, this design as a whole leads to the need to produce a sufficiently large number of high-quality mirrors that operate in a thermally stabilized environment with temperature gradients less than 0.2 ° C and at temperatures that can reach -90 ^o C. One of the main problems associated with such mirrors is the difficulty of manufacturing both the mirrors themselves and their assembly into modules, and modules into an optical system. The assembly of an optical system from such mirrors poses the following problems: it is rather difficult to implement measurements at the already installed optical elements at the assembly site; differential deformations associated with various thermal expansion coefficients occur between mirrors and their base during various stages, such as manufacturing, assembly, testing and operation; it is difficult to set the mirrors and mirror modules appropriately along one direction and ensure that their foci coincide.

Из описания к патенту на изобретение RU 2534811 (публик. 10.12.2014) известен способ контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий с помощью устройства определения пространственной ориентации объектов. Способ позволяет осуществлять контроль и установку таких объектов, как зеркала Имитатора Солнечного Излучения, многоэлементные зеркала телескопов большого диаметра, составленные из отдельных зеркальных сегментов. Устройство содержит лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча, и измерительный блок с позиционно-чувствительным фотоприемником, подключенным к вычислительному блоку. Лазер и оптическая система, создающая стабильное базовое направление, расположены на каретке, которая имеет возможность перемещения по направляющим в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для исключения влияния ошибок направляющих на точность перемещения каретки в интересах передачи и сохранности стабильного базового направления на каретке дополнительно установлены уровень и прямоугольный отражатель, ребро прямого угла которого параллельно базовому направлению и который оптически связан с автоколлимационной лазерной трубкой. Вследствие этого нет необходимости изготовления точных направляющих. На подвижной каретке также устанавливают светоделитель для контроля расположения объектов с плоскими поверхностями. С помощью этого устройства можно осуществлять контроль и установку поверхностей сложной конфигурации, объектов больших размеров, расположенных на больших расстояниях, определять взаимный разворот разнесенных в пространстве объектов, осуществлять параллельный перенос и передачу на расстояние базового направления. Недостатком способа контроля взаимного расположения многоэлементные зеркала телескопов большого диаметра, составленные из отдельных зеркальных сегментов, с помощью известного устройства является то, что с помощью оптической схемы задают только базовое направление в пространстве, используя неколлимированный пучок лазерного излучения. Для многомодульной оптической системы, каждый модуль которой состоит из набора коаксиально расположенных вкладышей, осуществление юстировочных операций при установки модулей на общей опорной плите с помощью такого излучения не обеспечит выставление модулей с требуемой точностью. Следует также отметить, что использование перемещаемой каретки приведет к дополнительной погрешности юстировки модулей и необходимости применения дополнительных оптических схем контроля. From the description of the patent for invention RU 2534811 (published on December 10, 2014), a method for controlling the shape and relative position of surfaces of large-sized products using a device for determining the spatial orientation of objects is known. The method allows for the monitoring and installation of objects such as mirrors of the Simulator of Solar Radiation, multi-element mirrors of large-diameter telescopes, composed of individual mirror segments. The device comprises a laser, an optical system that creates a stable base direction by forming an annular structure of the laser beam, and a measuring unit with a position-sensitive photodetector connected to the computing unit. The laser and the optical system that creates a stable base direction are located on the carriage, which has the ability to move along the guides in horizontal and vertical planes. To exclude the influence of guide errors on the accuracy of carriage movement in the interests of transmission and the preservation of a stable basic direction, a level and a rectangular reflector are installed on the carriage, the edge of the right angle of which is parallel to the base direction and which is optically coupled to the autocollimation laser tube. As a result, there is no need to produce precise guides. A beam splitter is also installed on the movable carriage to control the location of objects with flat surfaces. Using this device, it is possible to control and install surfaces of complex configuration, large objects located at large distances, determine the mutual reversal of objects spaced in space, and carry out parallel transfer and transmission to a distance of the base direction. The disadvantage of the method of controlling the relative position of multi-element mirrors of large-diameter telescopes, composed of individual mirror segments, using the known device is that only the basic direction in space is set using the optical scheme using an uncollimated laser beam. For a multimodular optical system, each module of which consists of a set of coaxially located inserts, the adjustment operations when installing the modules on a common base plate using such radiation will not ensure the exposure of the modules with the required accuracy. It should also be noted that the use of a movable carriage will lead to an additional error in the alignment of the modules and the need for additional optical control circuits.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ сборки многомодульной рентгеновской оптической системы (РОС) телескопа eROSITA (eROSITA Science Book: Mapping the Structure of the Energetic Universe, 2014). РОС и приборы регистрирующей аппаратуры телескопа eROSITA объединены жесткой единой конструкцией. РОС этого телескопа состоит из семи зеркальных модулей, которые взаимозаменяемы и расположены параллельно, при этом оси модулей совместно выровнены, обеспечивая идентичные поля зрения и увеличивая светосилу системы. Семь зеркальных оптических модулей с дефлекторами, установленные на опорной плите, размещены по одну сторону жесткой объединяющей все детали и элементы телескопа конструкции в фокальной плоскости приборов, расположенных с другой стороны на своей опорной плите. Каждый из семи зеркальных модулей имеет свою собственную ПЗС-камеру, оснащенную CCD-модулем, и электронную систему обработки информации. ПЗС-камеры будут охлаждаться примерно до -90°C пассивно с помощью двух радиаторов и сложной системы криогенных тепловых трубок. Дополнительные нагреватели для зеркал будет держать их температуру на уровне 20°C ± 2°. Зеркальный модуль является основным компонентом рентгеновской оптической системы (РОС) телескопа eROSITA и выполнен из 54 элементарных зеркал по типу Wolter-I, которые вложены друг в друга, чтобы увеличить эффективную площадь для малых углов отражения. Зеркала производятся из суперполированных никелевых оправок с нанесением отражающих слоев из золота. Все зеркала регулируются и связаны с опорным колесом паука. Сборка зеркал в модули и дальнейшая сборка РОС, включающая размещение семи зеркальных модулей на опорной плите, осуществляется с помощью стенда с оборудованием для манипуляций путем последовательной установки на опорную плиту каждого модуля в вертикальном положении. Угловая ориентация модулей обеспечивается в горизонтальных осях, установкой в заранее рассчитанные посадочные места общей опорной плиты. Юстировку зеркал модуля осуществляют с использованием эталонного цилиндра в качестве ориентира при установке зеркал на общее основание. Поворачивая опорную плиту с основанием, можно учесть возможное различие между направлением оптической оси подлежащего установки зеркала модуля с вертикальной осью. После установки всех зеркал и сборки модуля осуществляют оптическую проверку модуля с помощью устройства сканирования, оборудованного датчиками, например, лазерного типа, магнитного типа или емкостного типа, обеспечивающими измерения параметров оптических поверхностей. Точность установки модулей составляет более 1'. Поскольку основные характеристики телескопов напрямую зависят от способов изготовления и сборки зеркальных систем, то недостатками способа сборки РОС телескопа eROSITA можно считать сложность и нетехнологичность выставления зеркал в модуле, т.к. применение эталонного цилиндра требует дополнительного времени на выставление и проверку позиционирования самого эталонного цилиндра, а последующая проверка собранного модуля с помощью устройства сканирования, оборудованного датчиками, например, лазерного типа, магнитного типа или емкостного типа, обеспечивающими измерения параметров оптических поверхностей, может привести к неточности контроля. The closest analogue of the claimed invention is a method for assembling a multi-module x-ray optical system (POS) of the eROSITA telescope (eROSITA Science Book: Mapping the Structure of the Energetic Universe, 2014). DEW and the recording equipment of the eROSITA telescope are combined in a rigid unified design. The DEW of this telescope consists of seven mirror modules that are interchangeable and arranged in parallel, while the axis of the modules are jointly aligned, providing identical fields of view and increasing the aperture of the system. Seven mirrored optical modules with baffles mounted on a base plate are placed on one side of the rigid structure that unites all parts and elements of the telescope in the focal plane of devices located on the other side on their base plate. Each of the seven SLR modules has its own CCD camera equipped with a CCD module and an electronic information processing system. CCD cameras will be cooled passively to approximately -90 ° C using two radiators and a sophisticated cryogenic heat pipe system. Additional mirror heaters will keep their temperature at 20 ° C ± 2 °. The mirror module is the main component of the eROSITA telescope x-ray optical system (POS) and is made of 54 elementary mirrors of the Wolter-I type, which are embedded in each other to increase the effective area for small reflection angles. Mirrors are made from super-polished nickel mandrels with the application of reflective layers of gold. All mirrors are adjustable and connected to the spider support wheel. The assembly of mirrors into modules and the further assembly of the POC, including the placement of seven mirror modules on the base plate, is carried out using a stand with manipulation equipment by sequentially installing each module on the base plate in a vertical position. The angular orientation of the modules is provided in the horizontal axes, by installing in a pre-calculated footprint of a common base plate. The alignment of the module mirrors is carried out using a reference cylinder as a guide when installing mirrors on a common base. By turning the base plate with the base, it is possible to take into account the possible difference between the direction of the optical axis of the module mirror to be installed with the vertical axis. After installing all the mirrors and assembling the module, an optical check of the module is carried out using a scanning device equipped with sensors, for example, a laser type, magnetic type or capacitive type, which provide measurements of the parameters of optical surfaces. The accuracy of the installation of modules is more than 1 '. Since the main characteristics of telescopes directly depend on the methods of manufacturing and assembling mirror systems, the disadvantages of the method of assembling the POC of the eROSITA telescope can be considered the complexity and low-tech setting of mirrors in the module, because the use of a reference cylinder requires additional time for setting and checking the positioning of the reference cylinder itself, and subsequent verification of the assembled module using a scanning device equipped with sensors, for example, laser type, magnetic type or capacitive type, which provide measurements of optical surface parameters, can lead to inaccurate control .

Технический результат изобретения: процессы юстировки и сборки зеркальной системы выполнены с точностью, не превышающей 1'. The technical result of the invention: the alignment and assembly of the mirror system is made with an accuracy not exceeding 1 '.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе сборки рентгеновской оптической системы, содержащей N зеркальных модулей, включающей последовательное выставление с помощью монтажно-юстировочного стенда на общей опорной плите модулей, состоящих из N коаксиально расположенных вкладышей, образующих элементарные зеркала скользящего падения, объединенных на едином основании, с предварительным позиционированием каждого модуля относительно общей опорной плиты и его юстировкой, новым является то, что ориентацию каждого модуля относительно общей опорной плиты осуществляют с использованием лазерного излучения видимого спектрального диапазона по ориентации внешней торцовой поверхности его единого основания, которую предварительно выполняют зеркальной, для чего формируют широкоапертурный монохроматическиий пучок с квазиплоским волновым фронтом, расходимостью θ, выбранной из условия: θ≤3⋅10^-5рад, и направляют его на зеркальную поверхность основания, контролируя положение модуля на приемной площадке ПЗС-камеры по отраженному сигналу относительно заранее заданной реперной метки, фиксирующей оптическую ось пучка, обеспечивая требуемую угловую точность выставления каждого модуля на общей опорной плите, при необходимости производят корректировку возможных угловых отклонений.The specified technical result is achieved due to the fact that in the method of assembling an x-ray optical system containing N mirror modules, comprising sequentially placing using the mounting and alignment stand on a common base plate modules consisting of N coaxially arranged inserts forming elementary sliding-fall mirrors, combined on a single basis, with the preliminary positioning of each module relative to the common base plate and its adjustment, the new thing is that the orientation of each of the module relative to the common base plate is carried out using laser radiation of the visible spectral range according to the orientation of the outer end surface of its single base, which is preliminarily performed as a mirror, for which a wide-aperture monochromatic beam with a quasi-plane wavefront, divergence θ selected from the condition: θ≤3⋅ 10 ^-5 rad, and direct it to the mirror surface of the base, controlling the position of the module on the receiving platform of the CCD camera according to the reflected signal relative to a predetermined reference mark fixing the optical axis of the beam, providing the required angular accuracy of each module on a common base plate, if necessary, correct possible angular deviations.

Осуществление взаимной ориентации модулей по угловой ориентации основания каждого модуля и общей опорной плиты с использованием лазерного излучения видимого спектрального диапазона, позволяет достичь точности выставления модулей относительно опорной плиты с точностью 1 угл. мин Формирование широкоапертурного монохроматического пучка с квазиплоским волновым фронтом, расходимостью θ, выбранной из условия θ≤3⋅10^-5рад, обеспечивает засветку всей площади опорной плиты при выставлении модулей, при этом можно использовать только одну оптическую схему. Пучок с указанной расходимостью будет имитировать рентгеновское излучение, что повышает точность сборки РОС. Направление пучка излучения на отражающую область основания устанавливаемого модуля обеспечивает упрощение совмещения плоскостей основания и общей опорной плиты. Контроль положение модуля на приемной площадке ПЗС-камеры по отраженному сигналу относительно заранее заданной реперной метки, фиксирующую оптическую ось пучка, обеспечивает требуемую угловую точность выставления каждого модуля на общей опорной плите, а при необходимости упрощает произведение корректировки возможных угловых отклонений.The mutual orientation of the modules in the angular orientation of the base of each module and the common base plate using laser radiation of the visible spectral range, allows to achieve the accuracy of alignment of the modules relative to the base plate with an accuracy of 1 angle. min. The formation of a wide-aperture monochromatic beam with a quasi-plane wavefront, divergence θ, selected from the condition θ≤3⋅10 ^-5 rad, provides illumination of the entire area of the base plate when exposing the modules, and only one optical scheme can be used. A beam with the indicated divergence will simulate x-ray radiation, which increases the accuracy of the ROS assembly. The direction of the radiation beam to the reflecting region of the base of the installed module makes it easier to combine the planes of the base and the common base plate. Monitoring the position of the module at the receiving site of the CCD camera by the reflected signal relative to a predetermined reference mark, fixing the optical axis of the beam, provides the required angular accuracy of each module on the common base plate, and if necessary simplifies the adjustment of possible angular deviations.

На фиг.1 изображен общий вид телескопа ART-XC, на фиг.2 – рентгеновская оптическая система (РОС) телескопа, на фиг.3 – оптическая схема монтажно-юстировочного стенда сборки РОС, на фиг.4 – торцовая отражающая поверхность основания модуля РОС.Figure 1 shows a General view of the telescope ART-XC, figure 2 - x-ray optical system (POC) of the telescope, figure 3 - optical diagram of the mounting and alignment stand assembly POC, figure 4 - end reflective surface of the base of the module POC .

В качестве примера конкретного выполнения, поясняющего предлагаемый способ, можно использовать специализированный монтажно-юстировочный стенд, оптическая схема которого представлена на фиг.3. Стенд предназначен для сборки РОС телескопа ART-XC (фиг.1) международного проекта создания астрофизической обсерватории «Спектр-РГ». Практическая эксплуатация телескопа ART-XC предполагает его выведение в космическое пространство с целью регистрации источников рентгеновского излучения на небесной сфере. В связи с тем что удаленность рентгеновских источников, как правило, превышает 1 Кпс = 3,086*10¹⁹ м, то можно считать, что рентгеновская оптическая система телескопа работает в плоских пучках, которые с точки зрения их фокусировки и направленности могут быть сымитированы пучками излучения видимого спектрального диапазона. В свою очередь, с их помощью можно проконтролировать взаимную ориентацию N зеркальных модулей с требуемой точностью. Для повышения надежности и оперативности юстировки РОС в качестве юстировочного излучения используют излучение He-Ne лазера 1 (фиг.3), выполненного, например, по патенту RU 2271592 (публик. 10.03.2006), при этом длина волны λ составляет 0,63 мкм. На оптической оси лазера размещают микрообъектив 2, диафрагму 3, в плоскости которой регистрируют отраженный сигнал, поворотные зеркала 6,8 и линзу 7. Далее размещают уголковый отражатель 9 (призма), отводящую поскопараллельную пластину 4 и CCD камеру 5. При диаметре диафрагмы 0,3мм и фокусе линзы 15м расходимость лазерного излучения составит 2⋅10^-5рад. РОС включает 7 предварительно собранных, например, по патенту RU 2541438 (публик. 10.02.2015) зеркальных модулей, расположенных на общей опорной плите (фиг.2). Каждый модуль включает коаксиально расположенные вкладыши в количестве 28шт., изготовленные, например, по патенту RU 2525690 (публик. 20.08.2014) с требуемой чистотой отражающей поверхности (до Ra 0,4 нм) из сплава NI-Co, с нанесением на внутреннюю поверхность отражающего слоя (иридиевое покрытие) и последующим контролем фокусного расстояния. Вкладыши образуют элементарные зеркала скользящего падения, собранные в единую объединяющую конструкцию путем установки на общее основание, так называемый "паук". As an example of a specific implementation, explaining the proposed method, you can use a specialized mounting and alignment stand, the optical scheme of which is presented in figure 3. The stand is intended for the assembly of the DOS of the ART-XC telescope (Fig. 1) of the international project for the creation of the Spectr-RG astrophysical observatory. The practical operation of the ART-XC telescope involves its launch into outer space in order to register x-ray sources in the celestial sphere. Due to the fact that the distance of X-ray sources, as a rule, exceeds 1 Kpc = 3.086 * 10 ¹⁹ m, it can be considered that the X-ray optical system of the telescope operates in plane beams, which, in terms of their focus and directivity, can be imitated by visible radiation beams spectral range. In turn, with their help it is possible to control the mutual orientation of N mirror modules with the required accuracy. To improve the reliability and efficiency of the adjustment of the DOC, the radiation of the He-Ne laser 1 (Fig. 3), made, for example, according to the patent RU 2271592 (published on March 10, 2006), is used, while the wavelength λ is 0.63 μm . A micro-lens 2, aperture 3, in the plane of which the reflected signal, rotary mirrors 6.8 and lens 7 are placed, are placed on the optical axis of the laser. Next, an angular reflector 9 (prism), a retracting parallel-parallel plate 4 and a CCD camera 5 are placed. When the aperture diameter is 0, 3mm and a lens focus of 15m, the laser beam divergence will be 2 составит10 ^-5 rad. ROS includes 7 pre-assembled, for example, according to patent RU 2541438 (publ. 10.02.2015) mirror modules located on a common base plate (figure 2). Each module includes 28 pieces coaxially located inserts, made, for example, according to patent RU 2525690 (published on 08.20.2014) with the required reflectivity of the reflective surface (up to Ra 0.4 nm) from NI-Co alloy, applied to the inner surface reflective layer (iridium coating) and subsequent control of the focal length. The liners form elementary mirrors of a sliding fall, assembled into a single uniting structure by installing on a common base, the so-called "spider".

Операции, связанные с юстировкой модулей при установки их на общую опорную плиту, производятся на видимом излучении юстировочного He-Ne лазера 1 в следующей последовательности. С помощью телескопической системы, состоящей из микрообъектива 2 и линзы 7, формируют широкоапертурный монохроматическиий пучок с квазиплоским волновым фронтом расходимостью θ, выбранной из условия: θ=2⋅10^-5рад. Выставляют один из собранных модулей (центральный) на общую опорную плиту РОС в заранее определенное посадочное место. С помощью трех поворотных зеркал 6, 8, 10 (фиг. 3) пучок направляют к опорной плите, на которой выставлен модуль. Торцевая часть "паука" модуля имеет отражающую поверхность, которая и засвечивается пучком (фиг.4), и отраженный от него сигнал с помощью отводящей плоскопараллельной пластины 4 попадает на камеру 5. Оптическая ось лазерного излучения задается с помощью уголкового отражателя 9 и фиксируется на камере 5 в виде реперной метки. Угловая ориентация "паука" обеспечивается плоскостностью поверхности "паука" и плиты РОС. При необходимости производится корректировка возможных отклонений от плоскостности. Положение зеркальных модулей по углу контролируется на приемной площадке CCD камеры 5 (фиг. 3) по пятнам, полученным отраженным от зеркальных поверхностей "пауков" излучением относительно заранее заданной реперной метки (опорного креста). Далее относительно этого креста производится совмещение геометрического центра пятна, отраженного от зеркальной поверхности паука, обеспечивая перпендикулярность пучка и самой зеркальной поверхности. Аналогичным образом производится выставление N зеркальных модулей на общем основании, обеспечивая при этом требуемое их угловое рассогласование. The operations associated with the alignment of the modules when installing them on a common base plate are performed on the visible radiation of the alignment He-Ne laser 1 in the following sequence. Using a telescopic system consisting of a micro-lens 2 and a lens 7, a wide-aperture monochromatic beam with a quasi-plane wave front with a divergence θ selected from the condition: θ = 2⋅10 ^-5 rad is formed. Expose one of the assembled modules (central) to a common ROS base plate in a predetermined seat. Using three rotary mirrors 6, 8, 10 (Fig. 3), the beam is directed to the base plate on which the module is exposed. The end part of the “spider” of the module has a reflective surface, which is illuminated by the beam (Fig. 4), and the signal reflected from it with the aid of a plane-parallel plate 4 enters the camera 5. The optical axis of the laser radiation is set using an angular reflector 9 and is fixed on the camera 5 as a reference mark. The angular orientation of the spider is ensured by the flatness of the surface of the spider and the POC plate. If necessary, an adjustment is made for possible deviations from flatness. The position of the mirror modules in the angle is controlled at the receiving area of the CCD camera 5 (Fig. 3) according to the spots received by radiation reflected from the mirror surfaces of the spiders relative to a predetermined reference mark (reference cross). Further, with respect to this cross, the geometric center of the spot is reflected, reflected from the mirror surface of the spider, ensuring the perpendicularity of the beam and the mirror surface itself. Similarly, N mirror modules are exposed on a common basis, while ensuring their required angular mismatch.

Заявляемый способ сборки рентгеновской оптической системы, содержащей N зеркальных модулей, обеспечивает взаимную ориентацию модулей с точностью меньшей или равной 1' без применения сложных технических средств и без нарушения юстировки вкладышей в каждом модуле.The inventive method of assembling an x-ray optical system containing N mirror modules provides mutual orientation of the modules with an accuracy of less than or equal to 1 'without the use of complex technical means and without disturbing the alignment of the inserts in each module.

Claims

A method of assembling an X-ray optical system containing N mirror modules, comprising sequentially aligning, using the mounting and alignment stand, the modules, consisting of several coaxially located inserts forming elementary sliding-fall mirrors, combined on a single base, with each module pre-positioned relative to common base plate and its adjustment, characterized in that the orientation of each module relative to the common base plate is carried out using laser radiation of the visible spectral range according to the orientation of the external end surface of its single base, which is preliminarily performed as a mirror, for which a wide-aperture monochromatic beam with a quasi-plane wave front with a divergence θ selected from the condition: θ≤3⋅10 ^-5 rad is formed and directed it to the mirror surface of the base, controlling the position of the module on the receiving platform of the CCD camera according to the reflected signal relative to a predetermined reference mark fixing the optical the ith axis of the beam, providing the required angular accuracy of the exposure of each module on a common base plate, if necessary, correct possible angular deviations.