[发明专利]一种基于压缩光学的光束穿舱系统

说明书

技术领域

本发明属于空间站国家光学实验室遥感总体设计领域，涉及一种基于压缩光学的光束穿舱系统。

背景技术

随着光学遥感技术的快速发展，大口径高灵敏度遥感器需求越来越多，与大口径相关的新技术不断涌现，未来几年相关国家计划将以国际空间站为平台验证大口径分块在轨组装技术和衍射成像技术这两类与大口径相关的先进光学遥感技术。由于大口径光学遥感器体积较大，为了节约资源，这两个大型光学遥感设备将被安装在舱外，利用外挂方式实施观测试验，在轨的光学组装与装调也通过机械臂完成。

根据我国载人航天大系统顶层设计，航天员一年内出舱次数有限，如果试验设备都放在舱外，试验次数和试验载荷的种类将大幅度受到限制，不能充分发挥载人空间站的效能。由于航天员进行太空行走时需要穿着笨重的舱外航天服，人处于漂浮状态，难以固定身体，行动迟缓，航天服仅能保证暴露在太空中几小时，操作时间有限，不易进行复杂的操作，出舱工作要以简单操作为主。哈勃望远镜在轨光学系统安装和校正时便付出了极大的人力和财力代价，且难度极大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于压缩光学的光束穿舱系统，解决了光束穿舱过程中像质退化、能量减弱等问题。

本发明的技术方案为：一种基于压缩光学的光束穿舱系统，包括压缩光学系统和穿舱通道；所述的穿舱通道包括近紫外-可见-中波红外窗口和长波红外窗口两个通道，且两个通道采用一体化设计；压缩光学系统接收目标辐射信号，并将大口径入射平行光压缩成小口径出射平行光；出射平行光束中的长波红外光束通过长波红外窗口进入舱内，出射平行光束中的近紫外-可见-中波红外光束通过近紫外-可见-中波红外窗口进入舱内；舱内的载荷接收由近紫外-可见-中波红外窗口以及长波红外窗口出射的小口径平行光并进行舱内工作。

所述的近紫外-可见-中波红外窗口包括光学窗口玻璃和窗口框架，其中光学窗口玻璃分为两层，分别为主承压层玻璃和冗余承压层玻璃，且主承压层玻璃和冗余承压层玻璃的厚度相同，光学窗口玻璃材料选用蓝宝石；窗口组件材料选用钛合金。

所述的长波红外光学窗口包括光学窗口玻璃和窗口框架，其中光学窗口玻璃分为两层，分别为主承压层玻璃和冗余承压层玻璃，且主承压层玻璃和冗余承压层玻璃的厚度相同，光学窗口玻璃材料选用锗；窗口组件材料选用钛合金。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明穿舱通道采用了近紫外-中波红外、长波红外光学两个窗口，并且采用一体化设计，穿舱后后端像质良好，将大口径的平行光束引入舱内成像，实现航天员在密封舱内完成载荷的维护与升级，充分发挥空间站的优势，实现扩展载荷工作，开展短期、频繁的在轨技术试验。本发明应用的压缩光学系统，具备通用、兼容性好、扩展能力强等特点。

附图说明

图1为平行光压缩前后视场角变化示意图；

图2为穿舱通道设计示意图；

图3为本发明系统组成示意图。

具体实施方式

本发明组成如图3所示，包括压缩光学系统和穿舱通道；所述的穿舱通道包括近紫外-可见-中波红外窗口和长波红外窗口两个通道；压缩光学系统接收目标辐射信号，并将大口径入射平行光压缩成小口径出射平行光；出射平行光束中的长波红外光束通过长波红外窗口进入舱内，出射平行光束中的近紫外-可见-中波红外光束通过近紫外-可见-中波红外窗口进入舱内；舱内的载荷接收由近紫外-可见-中波红外窗口以及长波红外窗口出射的小口径平行光并进行舱内工作。

大口径入射平行光压缩为小口径出射平行光：光线经主光学系统中的主镜、次镜、折转镜、三镜后，压缩为出射平行光束，为载荷模块提供易装调、标准的光学接口，控制与数据接口，热接口，具备通用、兼容性好、扩展能力强等特点。

小口径出射平行光穿舱：利用窗口玻璃可将小口径平行光束引入舱内，实现航天员舱内参与工作。

考虑成像的光谱范围，采用了近紫外-中波红外、长波红外光学两个窗口，并且采用一体化设计，如图2所示。将红外光学窗口的外法兰与近紫外-中波红外窗口的窗框法兰进行整体优化设计，内法兰同理，这样设计使窗口尺寸最小化，窗体结构美观，简洁。窗口装置整体与窗口安装平台以螺钉连接。安装平台与舱壁以螺钉连接。