[发明专利]空间可伸缩桁架式二元光学相机及其在轨工作方法

说明书

技术领域

本发明属于航天中的空间可重复展开领域。

背景技术

随着空间科学技术的迅猛发展，发展大口径空间相机在空间探测等领域的应用呈现出愈发重要的意义。对于有着高观测指标的空间相机而言，其主镜的尺寸必须十分巨大，当然由此带来的制造与发射难度也会很大。对于主镜尺寸为米级的下一代太空望远镜的光学系统来说，传统一体化的主反射镜的体积质量是惊人的。这样的尺寸与质量无论是从发射成本还是从发射难度上来说，要求都是非常高的。所以发射数米或更大直径的望远镜就需要新的运载工具，或者是设计灵巧的望远镜系统，利用现有的运载工具来发射。

空间可折展支撑臂是空间折展机构中形式最为丰富、研究最早、应用最为广泛的一维空间折展机构。空间支撑臂的主要作用是展开柔性太阳能帆板，支撑网状天线、合成孔径雷达、太空望远镜。作为重力梯度杆、磁强针等展开装置，以及分离电子设备以减少相互之间的干扰等。纵观国内外相关领域的发展，目前应用于航天领域的空间支撑臂主要有以下4种形式：薄壁管状支撑臂、套筒管状支撑臂、构架式支撑臂和膨胀硬化式支撑臂。其中构架式支撑臂的种类有盘压杆式支撑臂和铰接杆式支撑臂。但目前现有的构架式支撑臂的展开机构结构复杂，质量大以及存在难以重复折展的问题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有空间可折展构架式支撑臂的结构复杂、质量大，存在难以重复折展的问题，提供了一种空间可伸缩桁架式二元光学相机及其在轨工作方法。

本发明所述空间可伸缩桁架式二元光学相机，它包括分块式可展开光学主镜、球铰和支撑臂；

分块式可展开光学主镜包括2N个分块子镜，其中：N为正整数，且N≥3；每个分块子镜包括子块支撑框架、微调器、镜片支撑板和镜片，镜片安装在镜片支撑板上，镜片支撑板通过微调器嵌装入子块支撑框架；相邻两个分块子镜之间安装有弹簧铰链驱动器和锁定器；

支撑臂包括多个架构式可折展单元、拉索、控速索、底座和驱动控制器；架构式可折展单元包括两个三角框架、三个上折叠臂、三个下折叠臂和三个弹簧铰链；上折叠臂和下折叠臂通过弹簧铰链相连接行成三个支撑杆，两个三角框架通过三个支撑杆相连接，两个三角框架平行设置；

架构式可折展单元固定在底座上，驱动控制器安装在底座内；拉索和控速索均安装在每个架构式可折展单元的两个三角框架之间；

分块式可展开光学主镜通过三个球铰安装在支撑臂的顶端；底座通过法兰盘安装在卫星星体上。

本发明所述空间可伸缩桁架式二元光学相机的在轨工作方法，其在轨工作方法包括四种工作模式，分别为：发射收拢模式、支撑臂展开模式、在轨运行模式和在轨收拢模式；

发射收拢模式：发射状态时，支撑臂和分块式可展开光学主镜均为折叠模式；

支撑臂展开模式：入轨后，驱动控制器驱动电机正转，拉索和控速索释放，支撑臂在弹簧铰链的驱动下展开，展开到位后锁定刚化，将折叠状态的分块式可展开光学主镜送到指定位置；

在轨运行模式：支撑臂展开到位后，锁定器解锁，分块式可展开光学主镜在弹簧铰链驱动器的弹性势能作用下展开，展开到位后，锁定器锁定刚化，支撑臂和分块式可展开光学主镜均为展开模式；

在轨收拢模式：驱动控制器驱动电机反转，拉索拉动支撑臂中第一个架构式可折展单元中弹簧铰链的一对滚轮，产生作用在滚轮的弯矩，并在横杆的弯折作用下使弹簧铰链沿滚轮转动，从而使弹簧铰链弯折解锁，并在控速索的作用下向内侧折叠，第一个架构式可折展单元收拢，其他架构式可折展单元在拉索和控速索的作用下依次收拢，支撑臂收拢完成。

本发明的优点：

1、本发明实现了大口径甚至超大口径光学主镜的分块设计，发射时将子镜折叠起来，以减少发射时所占的空间，入轨后再将它展开成工作状态，从而实现数米级主镜的空间望远镜的升空发射；

2、本发明实现了主镜在大口径下具有较高的展开精度和刚度，可满足大口径星载望远镜主镜的要求；

3、本发明主镜展开过程由弹簧铰链驱动展开，展开运动简单、可靠性高，不需要刻意增加另额外的电机组件，展开控制简单，质量轻；

4、本发明支撑臂可实现重复展收，展开与收拢只需一个位于底座的驱动控制装置控制，折展机构结构简单，可大大减轻机构的重量；

5、本发明的整体结构收拢后体积很小、收拢刚度大，便于运输，能够有效节省发射火箭上有效载荷空间；

6、本发明的光学主镜和支撑臂都可随着主镜孔径的增大进一步扩展，机构适应性强，容易扩展；