КРУПНОГАБАРИТНОЕ ОБЛЕГЧЕННОЕ ЗЕРКАЛО КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА Российский патент 1998 года по МПК G02B5/08 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения, в частности к космическому телескопостроению, и может быть использовано при разработке и изготовлении крупногабаритной оптики космического базирования.

Известен аналог [1], в котором с целью уменьшения массы зеркала его толщина уменьшается как к наружному, так и к внутреннему краям. Достигаемая при этом не очень высокая степень облегчения не позволяет использовать его в крупногабаритных космических телескопах.

Известно облегченное оптическое зеркало [2], выполненное в виде монолитного блока с отражающей рабочей и тыльной поверхностями, в последней из которых выполнены расположенные регулярно отверстия, сообщающиеся с соосными с ним цилиндрическими полостями. Однако и здесь достигается не очень высокая степень облегчения, а кроме того отсутствие сплошной тыльной поверхности снижает жесткость зеркала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является крупногабаритное облегченное зеркало космического телескопа [3], выбранное за прототип. Зеркало представляет собой монолитный блок с центральным отверстием и отражающей рабочей и тыльной поверхностями, в последней из которых выполнены облегчающие отверстия, расположение которых имеет радиально-кольцевую структуру. При этом радиальные и кольцевые ребра непрерывны на всем протяжении. Однако и это техническое решение имеет недостатки, главными из которых являются: недостаточная степень облегчения, недостаточная жесткость конструкции ввиду отсутствия сплошной тыльной поверхности, а также чрезвычайная сложность обработки внутренней сотовой структуры и невозможность получения равнотолщинных стенок ребер между сотами, что влияет на равномерность распределения массы по объему зеркала.

Задачей изобретения является увеличение степени облегчения крупногабаритного зеркала космического телескопа с сохранением высоких жесткостных характеристик.

Для выполнения задачи предложено крупногабаритное облегченное зеркало космического телескопа, выполненное в виде монолитного блока с центральным отверстием и отражающей рабочей и тыльной поверхностями, в последней из которых выполнены облегчающие отверстия, расположение которых имеет радиально-кольцевую структуру. При этом радиальные и кольцевые ребра непрерывны на всем протяжении. Особенностью предлагаемого зеркала является выполнение монолитного блока, меридиональное сечение которого имеет Т-образную форму. Точки крепления расположены на тыльной поверхности монолитного блока на радиусе, обеспечивающем выполнение условия: Wнmax

= Wвнmax , где Wнmax = Wвнmax- деформации наружного и внутреннего контуров отражающей рабочей поверхности при опоре на точки крепления. Кроме того, зеркало снабжено тонкой пластиной, неразъемно соединенной с тыльной стороной монолитного блока.

Высокая степень облегчения в предложенном зеркале достигается за счет следующих основных факторов. Точки крепления зеркала перенесены с наружного и внутреннего контуров на оптимальный с точки зрения деформации рабочей поверхности зеркала радиус (обычно он находится в пределах 0,6...0,7 наружного радиуса зеркала). Это позволило освободиться от лишнего материала в пространстве, ограниченном диаметром наружного контура D_нк и D_н, а также в пространстве, ограниченном диаметром внутреннего контура D_внк и D_вн, выполнив монолитный блок Т-образной формы.

Изготовление облегченных зеркал осуществляется, как правило, при опирании зеркала тыльной стороной на специальные разгрузки (либо гидравлические, либо пневматические). В предлагаемом зеркале под установку разгрузок предназначена кольцевая зона, ограниченная диаметрами D_н и D_вн. При этом соотношение между диаметром наружного контура D_нк и D_н и соотношение между диаметром внутреннего контура D_внк и D_вн выбраны такими, что выполняется условие: Wнmax

= Wвнmax, где Wнmax = Wвнmax - деформации наружного и внутреннего контуров отражающей рабочей поверхности при опоре на точки крепления.

Тонкая пластина, неразъемно соединенная с тыльной стороной монолитного блока, при малой массе значительно увеличивает жесткость зеркала.

На фиг.1 изображена конструкция предполагаемого изобретения, на фиг.2 - разрез A-A на фиг. 1.

Изображенное на фиг.1 крупногабаритное облегченное зеркало космического телескопа состоит из монолитного блока 1, имеющего рабочую зеркальную поверхность 2 и тыльную сторону 3. С тыльной стороной 3 неразъемно соединена (например электроадгезионным способом) тонкая пластина 4. Расположение облегчающих отверстий 5 имеет радиально-кольцевую структуру 6 (фиг. 2).

На оптимальном с точки зрения деформации рабочей поверхности 2 радиусе находятся специальные отверстия 7 (фиг. 1) для крепления к оправе (в данном примере, например, количество отверстий равно трем).

Таким образом, выполнение крупногабаритного зеркала с Т-образной формой меридионального сечение монолитного блока, тыльная сторона которого неразъемно соединена с тонкой пластиной, и размещение точек крепления на тыльной поверхности монолитного блока на оптимальном с точки зрения деформации рабочей поверхности радиусе позволило добиться значительной степени облегчения при сохранении высокой жесткости зеркала. Проведенные расчеты и математическое моделирование предложенной конструкции зеркала подтвердили высокую жесткость конструкции при достижении степени облегчения около 0,85.

Литература
1. А.Хьюит "Отические и инфакрасные телескопы 90х годов",М.: Мир, 1983, с.76-80.

2. Авторское свидетельство N 617759, G 02 В 5/08.

3. Патент США N 4678293, G 02 В 5/10, 1987 - прототип.

Облегченное зеркало космического телескопа состоит из монолитного блока, имеющего Т-образную форму меридионального сечения. С его тыльной поверхностью соединена тонкая пластина. Система облегчающих отверстий имеет радиально-кольцевую структуру, радиальные и кольцевые ребра которой непрерывны на всем протяжении. Точки крепления расположены на тыльной поверхности монолитного блока на радиусе, обеспечивающем выполнение условия WHmax

=WBHmax , где WHmax=WBHmax - деформации наружного и внутреннего контуров отражающей рабочей поверхности зеркала при опоре на точки крепления. Зеркало имеет высокую степень облегчения при сохранении достаточной жесткости конструкции. 2 ил.

Крупногабаритное облегченное зеркало космического телескопа, выполненное в виде монолитного блока с центральным отверстием и отражающей рабочей и тыльной поверхностями, в последней из которых выполнены облегчающие отверстия, расположение которых имеет радиально-кольцевую структуру, причем радиальные и кольцевые ребра структуры непрерывны на всем протяжении, отличающееся тем, что монолитный блок имеет Т-образную форму меридионального сечения, а точки крепления расположены на тыльной поверхности монолитного блока на радиусе, обеспечивающем выполнение условия
Wнmax

= Wвнmax,
где Wнmax,Wвнmax - деформации наружного и внутреннего контуров отражающей рабочей поверхности зеркала при опоре на точки крепления, при этом тыльная сторона монолитного блока неразъемно соединена с тонкой пластиной.