高分辨率空间相机星载接口设计

doi:5E4101C559D65579E7ADFF70F56D6E98

	高分辨率空间相机星载接口设计
	冯强
学位类型	硕士
导师	何欣
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	高分辨率空间相机星载接口热稳定性固有频率动力学优化
摘要	星载接口组件连接空间相机与卫星平台,作为空间相机力学、热学环境的承载点,它是空间相机光机结构的重要组成部分。在空间相机光学系统中,光学组件的安装定位要求严格,避免装调的误差、外界扰动等因素影响成像质量。采用离轴三反光学系统的空间相机结构精密、复杂,对空间环境比较敏感,主要体现在发射主动段剧烈的振动载荷和在轨工作段的温度载荷。高分辨率空间相机成像质量及稳定性需求不断提高,保证空间相机星载接口结构稳定性、可靠性尤为重要。本文针对某高分辨率空间相机,创新性地采用柔铰串联的星载接口方案,包括星载接口组件布局、运动学约束、结构关键参数,既实现了空间相机较高的指向精度和热适应性,又保证了空间相机的力学性能。借助有限元软件,结合空间相机设计要求和动力学优化理论对星载接口结构及整机进行了灵敏度分析,并沿选定的最优化方向确定结构参数。对确定的结构方案和空间相机开展了工程分析,分析结果表明,各项指标满足设计要求。具体研究内容如下:1.概述了空间光学遥感器目前的发展方向,介绍了主要对地观测卫星的星载接口方案。并归纳总结了各种星载连接方式特点和适用情形,为本课题星载接口结构方案的研究工作提供了指导。2.研究了高分辨率空间相机的准确定位问题。首先将空间相机假设为刚体,阐述了运动学约束的基本原理。然后考虑空间相机在温度变化情况下的热变形情况,介绍了空间热环境及其对空间相机的影响,分析计算了光学系统尺寸变化与星载接口两端安装位置温差的关系。最后,结合运动学约束原理和温度载荷的影响,初步提出了一套星载接口组件布局方案。3.根据高分辨率空间相机设计要求,开展了空间相机消热化设计,考虑空间相机温度载荷作用变形情况和光学系统结构特点,确定了空间相机的自由度释放方向。结合消热化设计结果和空间相机的力学性能要求,提出了一种柔性星载接口方案,通过采用柔铰串联的结构方案,既获得了接近运动学接口结构的热变形卸载能力,又避免了铰链间隙对指向精度和整机基频的影响。4.介绍了结构动力学优化设计理论和灵敏度分析理论,并将理论应用到了空间相机星载接口结构的优化工作中。综合理论成果和工程经验,确定了优化参数和优化目标,借助Isight等软件对星载接口关键尺寸参数进行了灵敏度分析,确定优化方向。分析计算并整理了部分空间相机性能与优化参数间的关系,确定了星载接口结构的参数。5.针对星载接口的设计要求和实际工况,采用有限元软件MSC.Patran/Nast ran建立了星载接口及高分辨率空间相机整机的有限元模型,对星载接口和整机进行了工程分析和验证,包括静力学、动力学和热学三方面。分析结果表明,高分辨率空间相机整机结构谐振频率、动力学响应良好,温度载荷作用下星载接口结构按设计方向释放自由度,各项指标均满足设计要求。
页数	81
DOI	5E4101C559D65579E7ADFF70F56D6E98
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63946
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	冯强. 高分辨率空间相机星载接口设计[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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