【摘要】：國際合作項目,三十米望遠(yuǎn)鏡(Thirty Meter Telescope-TMT)三鏡,又稱巨型可控科學(xué)反射鏡(Giant Steerable Science Mirror,GSSM)。其口徑達(dá)到前所未有的3.594m×2.536m,是目前在研的最大口徑平面反射鏡。為了更好的完成GSSM,中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所建設(shè)了一個1:4的原理演示驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(Giant Steerable Science Mirror Prototype,GSSMP)。為了實(shí)現(xiàn)GSSM的集成檢測,本文引入了由TMT團(tuán)隊所提出的標(biāo)準(zhǔn)化點(diǎn)源敏感性(normalized Point Source Sensitivity,PSSn)進(jìn)行GSSM各項誤差的分析以及分配。通過對PSSn基本性質(zhì)的研究,論述了PSSn作為全頻域評價指標(biāo)的優(yōu)越性,以及PSSn與其他評價指標(biāo)之間的關(guān)系;之后,結(jié)合離散孔徑檢測技術(shù)以及Ritchey-Common法,對GSSM面形檢測方法進(jìn)行了研究,并對離散孔徑Ritchey-Common檢測的誤差進(jìn)行了分析;針對GSSM質(zhì)心測量,考慮到GSSM巨大的尺寸,選擇利用靜力平衡法來估計其質(zhì)心位置;以激光跟蹤儀為測量儀器,結(jié)合非均勻分布的反射靶球,以獲得更高精度的GSSM指向誤差標(biāo)定數(shù)據(jù)。根據(jù)GSSM抖動(Jitter)的檢測要求,從Jitter的定義、檢測手段以及分析計算方法入手,利用高精度加速度計實(shí)現(xiàn)了Jitter測量;通過對GSSM進(jìn)行的動力學(xué)測試,本文分析了系統(tǒng)的動力學(xué)特性,并通過頻率響應(yīng)函數(shù)反演,獲得對GSSM內(nèi)部振動的估計。具體來說:首先,論述了PSSn作為全頻域評價指標(biāo)的優(yōu)越性,重點(diǎn)分析了PSSn的合成特性以及合成誤差;之后利用Zernike多項式分析系統(tǒng)靜態(tài)誤差,并結(jié)合光學(xué)傳遞函數(shù)與功率譜研究了系統(tǒng)動態(tài)誤差的影響。其次,對Ritchey-Common離散孔徑檢測誤差進(jìn)行了研究,得出在GSSMP面形測試中,對PSSn的影響為0.9759。利用模式法結(jié)合WarpingHarness進(jìn)行了半主動光學(xué)校正仿真實(shí)驗(yàn),將GSSMP的離散取樣PSSn由0.1654上升至0.2548,接近此取樣方式下的極限PSSn。再次,對GSSM質(zhì)心檢測方法進(jìn)行了研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并對測量結(jié)果進(jìn)行了誤差分析�？紤]激光跟蹤儀與質(zhì)量測量儀器所帶來的誤差,并忽略重力彎沉,得到GSSMP質(zhì)量為805.80kg,在GSSMP坐標(biāo)系中質(zhì)心位置為(-7.169mm,12.900mm,526.000mm),位置精度0.50mm。然后,利用激光跟蹤儀對GSSM指向誤差進(jìn)行了標(biāo)定。通過蒙特卡洛方法得到俯仰軸線定位誤差為1μm;方位軸線的定位誤差在激光跟蹤儀偏置兩米的情況下為4.6μm。之后,比較了4個角反射器的兩種不同的排布方式所對應(yīng)的角度測量誤差;對于GSSMP,單個角反射器測量誤差為23.7″;均勻分布的四個角反射器測角誤差為11.5″,非均勻分布4個角反射器測角誤差為9.04″,對應(yīng)PSSn 0.9916。之后,針對GSSM Jitter檢測的特殊要求,使用加速度計進(jìn)行GSSM Jitter特性測量。對于GSSMP方位軸,其Jitter為14.1432mas,俯仰軸為20.7475mas。其對應(yīng)PSSn分別為0.9992、0.9967;GSSMP鏡面加速度計的測量結(jié)果通過頻域積分之后,得出鏡面方向Jitter為0.0797μm,其對應(yīng)PSSn為0.9875。最后,對動基座條件下的GSSM動力學(xué)模型進(jìn)行了研究,得到不同天頂角下系統(tǒng)的頻響函數(shù)。從振動所引起的系統(tǒng)光學(xué)中繼能力下降出發(fā),利用數(shù)值方法,得到了任意形式振動下的GSSM光學(xué)傳遞函數(shù),實(shí)現(xiàn)了對GSSM光線中繼功能的評估。利用錘擊法對GSSMP進(jìn)行了模態(tài)測試,其第一階模態(tài)為35.2Hz,對應(yīng)振型為GSSMP叉臂的左右搖擺。利用加速度傳感器以及GSSMP頻響函數(shù),獲得GSSMP在最大速度運(yùn)行時,對外輸出力在濾波后為0.0033N。在內(nèi)部振動影響下,GSSMP PSSn從0.9995下降到0.9991
【圖文】：

第 1 章 緒論第 1 章 緒論1.1 引言根據(jù)瑞利判據(jù)，，一定波長下的望遠(yuǎn)鏡分辨能力與口徑成正比。為了獲得更光能力，實(shí)現(xiàn)對更深、更遠(yuǎn)、更暗宇宙目標(biāo)的探索，天文望遠(yuǎn)鏡的口徑也加。大口徑望遠(yuǎn)鏡口徑的演化過程如圖 1.1 所示。結(jié)合主動光學(xué)與自適應(yīng)術(shù)，不論是空間望遠(yuǎn)鏡還是地基望遠(yuǎn)鏡，其觀測能力都得到了空前增長[1

三十米望遠(yuǎn)鏡三鏡集成檢測關(guān)鍵技術(shù)研究位置。JWST 的頂端科學(xué)目標(biāo)包括：1.研究宇宙的起源與第一縷光線形成的時間與過程，推演宇宙的初始密度、溫度及其后續(xù)變化的規(guī)律；2.探究銀河系的形成過程以及預(yù)測宇宙之后的行為與歸宿；3 探索暗物質(zhì)與暗能量在宇宙中生成并擴(kuò)散的過程；4.尋找類地行星與地外生命；5.研究第一批極大質(zhì)量黑洞的產(chǎn)生與演化的過程；6 驗(yàn)證極端宇宙環(huán)境下物理規(guī)律的適用性。JWST 之所以被科學(xué)家稱作 “首光”，是由于其可以探測到恒星最初被點(diǎn)亮的過程；為實(shí)現(xiàn)此功能，JWST需要工作在極低的溫度下，這給 JWST 的設(shè)計與裝調(diào)帶來巨大的挑戰(zhàn)[3~7]。JWST主要光學(xué)元件如圖 1.2 所示，對應(yīng)的面形檢驗(yàn)結(jié)果如表 1.1 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH743

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本文編號：2679938