薄膜反射鏡技術(shù)是近年來(lái)隨著空間光學(xué)應(yīng)用不斷發(fā)展,系統(tǒng)分辨率、輕量化設(shè)計(jì)等指標(biāo)不斷提高而提出的一種新型技術(shù)。傳統(tǒng)反射面初始態(tài)為平面的薄膜反射鏡,由于成型過(guò)程中面型偏差較大而極少被應(yīng)用于成像系統(tǒng)。因此本文提出一種新型充氣式薄膜反射鏡,應(yīng)用初始面型為拋物面的預(yù)成型薄膜作為反射面,降低成型所需充氣壓強(qiáng),減小反射面成型形變,提高面型精度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)薄膜反射鏡在成像系統(tǒng)中的應(yīng)用。首先,根據(jù)薄膜反射鏡工作原理,以彈性薄板理論為理論力學(xué)模型,分別對(duì)小撓度與發(fā)生大形變的情況,進(jìn)行薄膜反射面受力成型過(guò)程的力學(xué)特性分析,并對(duì)撓度與力學(xué)參量的關(guān)系進(jìn)行求解。同時(shí)針對(duì)初始狀態(tài)為平面的薄膜,總結(jié)其充氣后的面型偏差特性。其次,對(duì)預(yù)成型反射鏡進(jìn)行不同載荷下的面型分析與成像仿真驗(yàn)證。通過(guò)有限元分析軟件ANSYS對(duì)預(yù)成型薄膜反射面在不同載荷情況下進(jìn)行,通過(guò)非線性計(jì)算精確獲取各節(jié)點(diǎn)位置位移變化。提取徑向坐標(biāo)擬合至ZEMAX中用于非球面鏡設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)非球面方程中,進(jìn)而可在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件中,對(duì)用于驗(yàn)證預(yù)成型反射鏡成像能力的紅外成像系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),并針對(duì)成像能力進(jìn)行仿真驗(yàn)證。最終,根據(jù)成像仿真分析結(jié)果,搭建以預(yù)成型薄膜反射鏡為主鏡的紅外成像光學(xué)系統(tǒng),針對(duì)系統(tǒng)的成像能力設(shè)計(jì)并開(kāi)展實(shí)景成像實(shí)驗(yàn)。外場(chǎng)實(shí)景拍攝驗(yàn)證系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的工作狀態(tài),評(píng)判對(duì)具有復(fù)雜形狀與紋理自然景象的細(xì)節(jié)還原能力,結(jié)果表明系統(tǒng)在8.5lp/mm處可達(dá)到清晰成像標(biāo)準(zhǔn),滿足設(shè)計(jì)要求。并對(duì)研究過(guò)程進(jìn)行總結(jié),分析實(shí)際操作中引起反射鏡面型偏差的影響因素,最終為超輕量化、超大口徑光學(xué)載荷的研究提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

射鏡鏡體制備的概念。圖 1-1 說(shuō)明了各種類型望遠(yuǎn)鏡系數(shù)關(guān)系。充氣式望遠(yuǎn)鏡超輕型特點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。火箭板質(zhì)量可以減輕。隨著材料科學(xué)領(lǐng)域技術(shù)的不斷進(jìn)步，膜等薄膜材料的成功研制，使得這一概念具有實(shí)現(xiàn)的可空間光學(xué)系統(tǒng)對(duì)超高分辨率與超輕型設(shè)計(jì)的要求而提高分子薄膜作為基底材料，使反射鏡具有密度極低、可載空間等優(yōu)勢(shì)，為超大口徑、超量化空間光學(xué)載荷的設(shè)案[1,2]。

圖 1-2 NASA 第一個(gè)充氣衛(wèi)星 Echo代，一款橢圓形薄膜反射鏡被 L.Garde 公司如圖 1-3，其面型均方根誤差精度達(dá)到 2m展了充氣天線試驗(yàn)，其中主鏡采用的為直徑

充氣式薄膜反射鏡實(shí)驗(yàn)
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