УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ ЗЕРКАЛА ТЕЛЕСКОПА Российский патент 2013 года по МПК G02B26/08 

Настоящее изобретение относится к устройству для изменения формы, в частности коррекции формы, оптической поверхности, такой как зеркало телескопа или любой другой твердой поверхности как, например, отражатель, или зеркало, оборудованное отражателем.

Областью изобретения, в частности, является, но не ограничительным образом, зеркало телескопа, а более конкретно, зеркала космических телескопов. Такие зеркала, согласно новым концепциям, были усовершенствованы для выполнения новых оптических функций. Можно перечислить среди прочего развертывание облегченных телескопов в пространстве, выполнение телескопов больших диаметров с сегментированными зеркалами, установку двойных телескопов, позволяющих синтез открытия или выполнения больших интерферометров.

Само собой разумеется, что искажения или оптические дефекты этих телескопов должны быть прекрасно известны и обработаны так, чтобы сохранить высокое качество изображения. В частности, необходимо выявлять и исправлять астигматизм зеркал и/или радиусы искривления. Наиболее простой способ, это так называемое астигматическое зеркало, то есть когда оно имеет два различных радиуса изгиба в двух ортогональных плоскостях разреза, проходящих через его центр. Существуют различные технологии, позволяющие контролировать астигматизм. Можно, например, использовать устройство активного контроля, позволяющее изменять форму множества дополнительных зеркал, образующих основное зеркало. Эти устройства не предназначены для использования в космических целях, так как они слишком тяжелые, их надежность ограничена, а их среднее время между двумя поломками (MTBF) относительно невелико.

Объектом настоящего изобретения является устройство для изменения формы оптической поверхности и, в частности, для коррекции оптических дефектов зеркала телескопа, устройство, которое было бы легким в использовании и как можно менее дорогостоящим, которое позволило бы исправлять астигматизм такого зеркала, а также независимо от этого радиусы кривизны и астигматизм такого зеркала, и которое могло бы быть использовано в космическом пространстве, учитывая весовой критерий, критерий надежности, долговечности, стоимости и сопротивляемости к экстремальным основным температурам.

Устройство для изменения формы оптической поверхности согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что оно содержит, по меньшей мере, элемент (называемый в дальнейшем балкой) с регулируемой длиной, средства контроля длины этого элемента, причем этот элемент соединен с поверхностью своими концевыми участками диаметрально или диагонально противоположных зон и близких к периферии этой оптической поверхности, причем связь между элементом с контролируемой длиной и поверхностью содержит жесткие крепления вдоль оси, смежной с этими двумя зонами крепления и гибкими по другим степеням свободы.

Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения, оптическая поверхность является зеркалом телескопа, а устройство для изменения является устройством для коррекции оптических дефектов этого зеркала.

Согласно другому признаку настоящего изобретения для того, чтобы управлять независимым образом радиусом кривизны и астигматизмом зеркал, устройство содержит механическую конструкцию, состоящую из двух элементов с регулируемой длиной и независимым образом, средства контроля длины этих двух элементов, причем эти два элемента расположены под углом 90 градусов относительно друг друга и соединены зеркалом на своих концевых участках в диаметрально иди диагонально расположенных зонах, близких к периферии этого зеркала, причем связь между двумя элементами с регулируемой длиной и зеркалом содержит жесткие крепления вдоль оси, смежной с этими двумя зонами крепления и гибкими по другим степеням свободы. Оба элемента могут либо быть зафиксированы друг с другом по их центру, либо быть свободными друг от друга.

Согласно другому признаку настоящего изобретения для того, чтобы управлять независимым образом астигматизмом зеркала, не изменяя радиус кривизны, устройство содержит механическую конструкцию, состоящую из четырех по существу идентичных балок, расположенных с образованием параллелограмма и шарнирно соединенных между собой, причем две вершины параллелограмма жестко соединены концами балок, а две другие вершины жестко соединены задними сторонами зеркала двумя штифтами.

Устройство для коррекции согласно настоящему изобретению позволяет решить перечисленные недостатки. Принцип его функционирования следующий: прямая балка, выполненная из того же материала, что и зеркало, закреплена на его задней поверхности, ограничивая степени свободы. Изменяя длину балки соответствующими средствами, удлинение балки провоцирует возникновение на уровне точек крепления радиальных сил. Эти силы воздействуют на некотором расстоянии от инерционного центра зеркала, и вызывают тангенциальный момент, который, в свою очередь, контролируемым образом изменяет астигматизм зеркала согласно направлению балки.

Преимущественно, средства контроля содержат средства для изменения температуры балки относительно температуры зеркала, вызывая изменения в длине балки при расширении или сжатии.

Один из вариантов воплощения настоящего изобретения заключается в использовании балки, образованной, по меньшей мере, из двух по существу идентичных полу-балок, объединенных в механический блок, содержащий средства контроля, причем указанные средства контроля являются пьезоэлектрическими устройствами или выполнены на основе термических приводных устройств. В случае использования пьезоэлектрических средств, механический блок может содержать, по меньшей мере, механический пантограф с четырьмя вершинами, реализованными при помощи четырех идентичных пластинок, причем первая вершина соединена с первой полу-балкой, третья вершина - со второй полу-балкой, а вторая и четвертая вершины соединены с пьезоэлектрическим устройством. Более точно, механический блок может содержать четыре идентичных параллельных друг другу пантографа, связанных с двумя полу-балками.

Преимущественно, средства фиксации являются изостатичными двуногами, содержащими гибкие пластинки, расположенные в форме буквы А, образующие структуру, называемую «А-рамка», причем пластинки являются жестко соединенными с одной стороны балки, а с другой стороны задней стороны зеркала.

В одном из способов реализации, средства для коррекции содержат также механическую структуру, состоящую из четырех по существу идентичных балок, расположенных с образованием параллелограмма и шарнирно соединенных между собой, причем две вершины параллелограмма являются жестко соединенными с концевыми участками балок, а две другие вершины параллелограмма жестко соединены с задней стороной зеркала шарнирами.

Предпочтительно, балка или полу-балка имеют по существу форму прямоугольного параллелепипеда и выполнены из такого же материала, что и зеркало, причем этот материал может быть композитной матричной структурой на основе карбида кремния, известного под зарегистрированной торговой маркой «Cesic», причем двуноги и штифты выполнены из инвара.

Настоящее изобретение будет более понятно при изучении ниже приведенного описания неограничительных вариантов воплощения со ссылкой на ниже приведенные чертежи, на которых:

Фиг.1 и 2 показывают вид спереди и вид сверху зеркала, снабженного средствами контроля согласно настоящему изобретению.

Фиг.3 показывает в деталях крепление балки на задней стороне зеркала согласно фиг.1, 2.

Фиг.4 показывает общий вид первого варианта воплощения средств контроля согласно изобретению.

Фиг.5 показывает общий вид второго варианта воплощения средств контроля согласно настоящему изобретению.

Фиг.6 показывает деталь средства контроля согласно второму варианту воплощения.

Фиг.7 показывает вид сверху одного из вариантов воплощения устройства согласно настоящему изобретению, содержащему механическую конструкцию в виде параллелограмма.

Фиг.8 показывает общий вид варианта воплощения, изображенного на фиг.7.

Фиг.9 и 10 являются видами детали согласно фиг.8.

Фиг.11 и 12 соответственно показывают принципиальную схему одного из вариантов устройства согласно настоящему изобретению, позволяющему изменять независимо радиус кривизны и астигматизм зеркала, и общий вид варианта реализации балки, которая может быть использована в этом варианте воплощения.

Фиг.13-15 являются упрощенными схемами различных способов воплощения устройств «термического-атермического» контроля длины балки устройства согласно настоящему изобретению.

Принцип устройства согласно настоящему изобретению проиллюстрирован на фиг.1 и 2. На фиг.1 показан вид спереди устройства, а на фиг.2 вид сверху. На этих и других фигурах представленное зеркало является плоским круглым зеркалом. При этом, само собой разумеется, что устройство по изобретению может применяться ко всем типам зеркал (выпуклым или вогнутым) и к любым их формам (шестиугольным, квадратным, прямоугольным и т.п.).

Согласно базовому варианту выполнения устройства согласно настоящему изобретению, средства коррекции астигматизма расположены на задней стороне зеркала 1 и содержат, по меньшей мере, балку 2, имеющую длину по существу равную основным размерам зеркала (в случае круглого зеркала это диаметр). Направление балки 2 является направлением, по которому хотят изменять астигматизм зеркала. Балка 2 содержит на своих концах средства фиксации 3 на задней стороне зеркала. Средства контроля 4 позволяют изменять длину балки 2 заданным образом. Они представлены заштрихованными областями на фиг.1 и 2.

Более точно, средства фиксации 3 представляет собой двуногу, включающую две гибкие пластинки 31, расположенные в виде перевернутой буквы А (см. фиг.3), и образуют гибкую структуру называемую «А-рамкой», причем пластинки жестко соединены с одной стороны балки в двух точках 32 и 33, а с другой стороны - на задней стороне зеркала в третьей точке 34, общей для двух пластинок 31. Такая конструкция является жесткой по двум пространственным направлениям (направления Х и Z в плане на фиг.3) и гибким в третьем пространственном направлении (направление Y в плане на фиг.2), причем вращение является гибким вокруг третьей точки фиксации (фиксация на зеркале) вдоль трех осей вращения.

Принцип функционирования проиллюстрирован на фиг.3. Когда балка подвергается изменению длины (удлинение или сжатие, но в дальнейшем тексте будет упоминаться только удлинение, хотя понятно, что также речь идет и о сжатии), и в данном случае удлинение, показанное стрелкой 5, вызывает на зеркале усилие F, показанное стрелкой 6, усилие, которое зависит от удлинения и различных механических параметров гибкой фиксирующей структуры, называемую «А-рамкой». Внутри зеркала 1 существует плоскость, называемая «нейтральная плоскость» 7, т.е. когда усилия воздействуют на зеркало в этой плоскости, оно не подвергается изгибу, и наоборот, усилия, воздействующие на плоскость параллельную этой плоскости, вызовут изгиб зеркала. Если мы обозначим расстояние от точки фиксации до нейтральной плоскости как d, сила 6 воздействует на зеркало с механическим моментом 8, равным F*d, что вызывает деформацию зеркала. Усилие F и расстояние d могут быть известны с высокой точностью либо путем вычисления, либо путем выверки. Также можно абсолютно точно определить для одного известного удлинения, момент, прикладываемый к зеркалу, и как следствие, вызываемую деформацию. Также возможно подобрать различные необходимые параметры (расположение и характеристики средств фиксации, применяемое удлинение), определить правила деформации зеркала для достижения желаемой коррекции. Изобретение описывается здесь так, чтобы умышленно создать контролируемым образом разницу в форме оптической поверхности зеркала (изменения радиуса кривизны и/или изменения астигматизма), но очевидно, что оно может использоваться в некоторых случаях для коррекции оптических дефектов зеркал (в частности, для более точной адаптации радиуса кривизны зеркала), и как следствие, в данном описании рассматривается только коррекция дефектов с учетом того, что этот термин также применим к произвольному введению особых деформаций.

На фиг.4 представлен пример выполнения зеркала 1 и балки 2 согласно настоящему изобретению. Очень важно, чтобы балка и зеркало были выполнены из одного и того же материала для того, чтобы избежать расхождений в растяжении вследствие температурных колебаний, которые могут вызвать паразитическое удлинение. На этой фигуре зеркало 1 выполнено круглым, а балка 2 имеет форму параллелепипеда. Разумеется, допустимы и другие геометрические формы. Общим материалом для них может быть, например, композитная матричная структура, известная под зарегистрированной торговой маркой «Cesic» и распространяемой компанией ЕСМ. Этот материал имеет среди основных характеристик значительную твердость, хорошую термическую проводимость, незначительный коэффициент расширения, небольшой удельный вес и относительно невысокую стоимость. Этот материал является идеальным для реализации зеркал больших космических телескопов. Материал основы представляет собой углеродные волокна, пропитанные смолой, в результате реакции с кремнием это трансформируется в карбид кремния. Матричная клетка имеет обычно шестиугольную форму. На фиг.4 три жирные линии, расположенные треугольником по периферии зеркала, представляют изостатичную систему 9 зацепления зеркала, которая интегрируется в конструкцию.

Существуют различные способы, позволяющие изменять длину балки. Возможно также использовать нагревательные элементы, расположенные на балке, термическое расширение вызовет удлинение. Другая возможность (представленная на фиг.5 и 6) заключается в том, что добавляют контролируемый термо-эластичный элемент между двумя участками длины балки, обеспечивая различие в длине (расширение или сжатие) этого элемента благодаря воздействию нагревательных элементов, расположенных на различных участках этого элемента.

На фиг.6 показан детальный вид средства контроля, расположенного в центре согласно фиг.5. На этих фигурах балка состоит, по меньшей мере, их двух по существу идентичных полу-балок 21, соединенных в центральный механический блок 4, содержащий пьезоэлектрические устройства, такие как средства контроля.

Как показано на фиг.6, средство контроля 4 содержит механический блок, образованный четырьмя идентичными пантографами, расположенными параллельно между собой и соединенными двумя полу-балками 21. Пантографы образуют квадрат. Каждый механический пантограф выполняется при помощи четырех идентичных пластинок 42 и имеет четыре вершины, первая вершина соединена с первой полу-балкой, третья вершина соединена со второй полу-балкой, а вторая и четвертая вершины соединены с пьезоэлектрическим устройством 43, высота которого регулируется электрически. Пластинки предпочтительно выполнены из инвара. В этой системе стойки, образующие пьезоэлектрический блок, не подвергаются воздействию усилий сдвига. С другой стороны, эта система позволяет приумножить пьезоэлектрический эффект, увеличивая также амплитуду удлинения балок. Понятно, что конфигурация, описанная на фиг.5 и 6, может включать множество вариантов расположения пантографов, а также их устройства, сохраняя при этом такой же принцип действия.

Преимущество системы, содержащей балку или блок полу-балок, заключается в простоте. Она позволяет вводить чистый астигматизм, прекрасно контролируемый. Однако это может вызвать некоторое дефокусирование. Также, это система преимущественно может быть дополнена второй механической конструкцией в виде параллелограмма, предназначенной для коррекции этого недостатка и позволяющей контролировать независимым образом астигматизм и радиус кривизны зеркала. Эта конструкция показана на фиг.7 -10, фигура 7 представляет собой вид сверху зеркала, содержащего такую механическую конструкцию. Фиг.8 представляет собой трехмерное изображение этой конструкции, а фиг.9 и 10 представляют собой детальные виды конструкции, изображенной на фиг.8.

Как показано на фиг.8, механическая конструкция дополняется и составляется из четырех по существу идентичных балок 22, расположенных как параллелограмм, соединенных между собой соединением 23 (штриховые линии на фиг.7), две вершины параллелограмма жестко соединены с концевыми участками балок, а две другие вершины жестко соединены с задней стороной зеркала шарнирами 24.

Когда центральная балка удлиняется, возникающее в результате растяжение вызывает в точках фиксации на зеркале противодействующие усилия 6, показанные двумя противоположными белыми стрелкам, направленными наружу от зеркала (ось Х на фиг.8), усилия, возникающие в результате растяжения и различий в механических характеристиках гибкой конструкции фиксации в виде «А-рамки». Четыре концевых участка жестких балок подвергаются растяжению. И, как следствие, четыре других концевых участка «тянутся» на двух шарнирах. На каждом шарнире возникающие усилия 60 являются противодействующими и направлены внутрь зеркала и перпендикулярно усилиям 6, воздействующим на балку (ось Y на фиг.8). Таким образом, если балка 2 вызывает отклонение кривизны на зеркале в первом направлении, балка 22 вызывает отклонение кривизны в противоположном направлении. Таким образом, достигают изменения «чистого» астигматизма без паразитного дефокусирования.

На фиг.8 показан пример реализации этого устройства в перспективе. В этом примере зеркало 1, основная балка 2 и балки 22 выполнены из CESIC. Различные шарниры 24, соединения 23 и средства фиксации 3, связывающие элементы 2 и 22 между собой и зеркало 1 выполнены из инвара.

На фиг.9 показана деталь устройства для соединения балок с центральной балкой. Каждое соединение в основном образовано плоской гибкой пластинкой 23 из инвара, расположенной перпендикулярно к задней стороне зеркала и соединенное с одной стороны с концевым участком балкой 2 и с другой стороны с концевым участком балки 22.

На фиг.10 показана деталь устройства для соединения балок вокруг крепежных шарниров 24. Каждое соединение в основном образовано плоской гибкой пластинкой 23 из инвара, расположенной перпендикулярно к задней стороне зеркала и соединенной с одной стороны с концевым участком балкой 22 и с другой стороны с шарниром 24.

На фиг.11 схематично представлен вариант устройства согласно настоящему изобретению, позволяющий исправить или изменить независимо друг от друга астигматизм и радиус кривизны при помощи двух балок описанного выше типа, пример реализации и применяемых в этом варианте балок показан на фиг.12.

Две балки 125 и 126 одной и той же длины, являются ортогональными между собой и в месте их пересечения совпадают с центром зеркала 127 (в данном случае круглым). Каждая из балок 125, 126 связана с зеркалом 127 двумя двуногами 125А, 125В, 126А и 126В. Эти двуноги являются предпочтительно двуногами описанного выше типа со ссылкой на фиг.3, то есть они являются жесткими в двух пространственных направлениях (направления Х и Z в плане на фиг.3) и гибкими в третьем пространственном направлении (ось Y на фиг.2), причем вращение является гибким вокруг третей точки фиксации (фиксация на зеркале) по трем осям вращения. Эти две балки расположены в направлениях (Х и Y), по которым хотят изменить соответственно астигматизм и радиус кривизны зеркала 127. Они могут либо примыкать в своих соответствующих центрах (как показано на фиг.12), либо быть разделены.

Блок балок 128, представленный на фиг.12, содержит в основном центральную часть 129 в форме «+», выполненную из CESIC, причем к каждому из концов ее ветвей прикреплена, например ввинчиванием, секция балки, соответственно 130-133. Секция балок 130 и 133 (ортогональные между собой) напрямую закреплены на центральной части 129, тогда как секция балок 131 и 132 закреплена на этой центральной части при помощи промежуточной ячейки контроля длины 134, 135 соответственно. Ячейка 134 контролирует, например, астигматизм зеркала (не показанного на фиг.12), на котором закреплен блок 128, тогда как ячейка 135 контролирует радиус кривизны зеркала.

Каждая секция балки 130-133 содержит вблизи своего свободного окна изостатичную двуногу (сходную с описанной выше со ссылкой на фиг.3), соответственно 130А -133А. Эти секции балок и центральная часть 129 преимущественно выполнены из композитного материала описанным выше способом. Этот способ выполнения балок имеет жесткость в трех направлениях X, Y и Z, что позволяет обходиться без устройства пакетирования зеркала, также предусматриваемого при запуске спутника, оборудованного таким зеркалом. Крепление блока из двух балок на зеркале не является чисто изостатичным. И, следовательно, необходимо принимать меры предосторожности при его интеграции со спутником. Для устранения этого явления можно добавить степень свободы по оси Z к одному из устройств двуноги.

Одним из возможных способов реализации устройства по контролю длины балок устройства по изобретению является, как уточнено выше, способ термического типа, причем материал, из которого выполнены балки, и материал, из которого выполнено зеркало, является одним и тем же. Это делается для того, чтобы избежать разницы в удлинениях балок при понижении температуры от температуры окружающей среды до криогенной температуры использования в пространстве. Однако, это преимущество ограничивается тем фактом, что коэффициент термического расширения Cesic практически равен нулю между 20К и 100К, что приводит к не ничтожному возрастанию общей температуры балок. Такое повышение температуры может привести к поступлению теплового потока с повышенной температурой в зеркале, а также к сильному температурному перепаду между устройством контроля балки и зеркалом, который, в свою очередь, приводит к локальным температурным перепадам в зеркале. Описанная выше система может функционировать только вдоль одного направления (удлинение только одной балки), что представляет собой неудобство в том случае, когда мы стремимся создать астигматизм и изменение радиуса кривизны в противоположном направлении, что имеет место при перемещении по виртуальной параболе.

Другие варианты воплощения, описанные ниже со ссылкой на фиг.13-15, позволяют исключить неудобства, имеющие термическое происхождение. Эти варианты воплощения имеют общее преимущество, заключающееся в концепции «атермичности» (нулевая разница в деформации, когда зеркало и устройство контроля балок охлаждены приблизительно от 300К до 40К) и возможность управлять удлинением или сжатием балок при помощи простой управляемой термической системы.

Согласно другим способам воплощения между частями прерывающейся балки вставляют компенсационную ячейку в подходящем месте (например, на уровне устройств 134 и 135, как показано на фиг.12). Эта ячейка в целом имеет U-образную форму с двумя ветвями, параллельными между собой и параллельными двумя частям балки, благодаря чему полная длина балки не изменяется до тех пор, пока она не подвергнется температурным изменениям окружающей среды (в частности, когда она охладится от 300К до 40К). Разница в длине балки достигается при нагревании или охлаждении только одной ветви компенсационной ячейки. Обе ветви этой компенсационной ячейки выполнены, например, из металла, такого как алюминий 7075, преимущество которого заключается в том, что его коэффициент температурного расширения не ничтожен при достаточно низких температурах, таких как 40К (порядка 2, 5,10^-6 м/мºС). В этом примере, если нагревают ветвь длиной 200 мм примерно на 1º, достигают удлинения этой ветви в 0,5 мкм и, таким образом, удлинение всей балки.

Компенсационная ячейка 136, схематично показанная на фиг.13, вставлена между концевыми участками 137, 138 балки из CESIC без изменения общей длины, например, как показано на фиг.12. Концевые участки 137А, 138А обеих частей балки, на которой зафиксирована U-образная ячейка, расположены друг под другом и упираются в одну и ту же плоскость, обозначенную пунктиром 139 которой представлен на чертежах. Каждая ветвь 140, 141 компенсационной ячейки оканчивается крепежным коротким участком 140В, 141А, 141В, перпендикулярным соответствующей ветви. Таким же образом, два концевых участка 137А, 138А обеих частей балки оканчиваются крепежным коротким участком 137В, 138В, перпендикулярным к ним. Обе ветви 140, 141 соединены между собой своим участками 140В, 141В для образования U-образной формы, эти ветви соответственно соединены с крепежными участками 137В, 138В своими крепежными участками 140А, 141А при помощи болтов с промежуточным размещением термически изолированных шайб 142 (между 140В и 141В) и 143 (между 137В и 140А). Эти термически изолированные шайбы преимущественно выполнены из циркония. Соответствующее устройство 144 нагревания расположено на одной из двух ветвей “U”, например на ветви 140, как показано на чертежах.

На фиг.14 изображен вариант 136А устройства 136, показанного на фиг.13. Аналогичные элементы устройства, показанного на фиг.13, имеют те же ссылочные номера. Основное различие между этими двумя устройствами заключается в расположении нагревательного устройства 144`, которое сейчас располагается на ветви 141`, а не на ветви 140` (в данном примере, положение ветвей 140 и 141 обратно положению, показанному на фиг.13). Вследствие этого термичные изолирующие шайбы 142 и 143 расположены встык с двумя ветвями 140 и 141 и между ветвью 141 и частью балки 138.

Эти два способа воплощения, показанные на фиг.13 и 14, имеют температурные ограничения функционирования из-за сильной температурной передачи через шайбы 142, 143 между нагретой частью и не нагретыми частями. Когда необходимо достигнуть сжатия или растяжения с большой амплитудой (например, выше нескольких μм, как например, в случае получения изображений), надо, естественно, значительно нагреть или охладить соответствующую ветвь U-образной формы, это температурное воздействие распространиться к балкам и затем к зеркалу, несмотря на изолирующие шайбы. Способ реализации, показанный на фиг.15, позволяет избежать такого недостатка благодаря добавлению пластинок из стекловолокна, как описано ниже.

Компенсационные ячейки 145, показанные на фиг.15, включены между двумя частями балки 137, 138. Стороны крепежных участков 137А, 138А, на которых закреплены компенсационная ячейка 145, расположены в той же плоскости (перпендикулярно плоскости чертежа) и показана пунктиром 145А на чертеже.

Ячейка 145 содержит, по порядку от части 137 до части 138, пластинку 146 из стекловолокна, пластинку 147 из алюминия, еще одну пластинку 148 из стекловолокна, стержень 149 из алюминия, пластинку 150 из стекловолокна, пластинку 151 из алюминия и пластинку 152 из стекловолокна. Стержень 149 имеет длину по существу в два раза больше длины пластинок 146-148 и 150-152, причем поверхности его концевых участков, на которых зафиксированы пластинки 148 и 150, расположены в параллельных между собой плоскостях и перпендикулярно плоскости рисунка, показных соответственно пунктирами 149А и 149В. Пластинки 146-148 параллельны друг другу и расположены друг над другом, причем их длина такова, что их крепежные стороны расположены с чередованием в плоскостях, показанных пунктиров 145А и 149А. Таким же образом пластинки 150-152 параллельны друг другу и расположены друг над другом, причем их длина такова, что их крепежные стороны расположены с чередованием в плоскостях, показанных пунктирами 149В и 145А. Эти устройства не содержат изоляционных термических шайб на стыке различных элементов 137, 138 и 146-152. Устройства температурного контроля 153, 154 и 155 соответственно закреплены на элементах 147, 149 и 151. Алюминиум и стекловолокно указаны выше в рамках примера, понятно, что также могут быть использованы материалы, имеющие сходные механические и термические характеристики.

Воплощенное таким образом устройство 145 имеет преимущество, заключающееся в возможности его использования при широком температурном диапазоне окружающей среды (например, от 20К до 300К), не перемещая поверхности крепления крепежных участков 137А и 138А относительно плоскости, показанной пунктиром 145А, когда окружающая температура изменяется, то есть без воздействия на зеркало, на котором оно расположено.

Предложены устройство для изменения формы оптической поверхности и зеркало телескопа. Устройство для изменения формы оптической поверхности содержит элемент с регулируемой длиной и средства контроля длины этого элемента. Этот элемент соединён с оптической поверхностью концевыми участками в зонах, диаметрально или диагонально противоположных и близких к периферии этой оптической поверхности. Элемент с регулируемой длиной и оптическая поверхность связаны жёстким креплением вдоль оси, смежной с двумя зонами соединения, и гибкими по другим степеням свободы. Техническим результатом является обеспечение устройства для изменения формы оптической поверхности, предназначенного для использования в космосе. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Устройство для изменения формы оптической поверхности, отличающееся тем, что оно содержит, по меньшей мере, один элемент (2) с регулируемой длиной, средства контроля (4) длины этого элемента, причем этот элемент соединен с оптической поверхностью (1) своими концевыми участками в зонах (24), диаметрально или диагонально противоположных, и близких к периферии этой оптической поверхности, причем связь между элементом с регулируемой длиной и оптической поверхностью содержит жесткие крепления (31) вдоль оси, смежной с этими двумя зонами крепления и гибкими по другим степеням свободы.

2. Устройство для изменения по п.1, отличающееся тем, что средство контроля (4) содержит средства для изменения температуры балки относительно температуры оптической поверхности, что вызывает изменения длины балки путем расширения или сжатия.

3. Устройство для изменения по одному из п.п.1, 2, отличающееся тем, что средства контроля содержат компенсационную ячейку для изменения длины балки в результате температурных изменений окружающей среды, причем эта ячейка содержит две ветви (140,141), образующие U-образную форму, причем средства контроля длины (144) расположены друг над другом, при этом указанные ветви выполнены из материала, имеющего отличный от нуля коэффициент температурного расширения при таких низких температурах, как 40К.

4. Устройство для изменения по одному из п.п.1, 2, отличающееся тем, что средства контроля содержат компенсационную ячейку (145) для изменения длины балки в результате температурных изменений окружающей среды, причем указанная ячейка вставляется между двумя частями элемента с регулируемой длиной (137, 138) и содержит семь ветвей, расположенных с изгибом каждый в продолжении другого (146-152) так, чтобы общая длина элемента с регулируемой длиной не изменялась, причем эти ветви поочередно выполнены из материала типа алюминия и стекловолокна.

5. Устройство для изменения по п.1, отличающееся тем, что элемент с регулируемой длиной образован, по меньшей мере, двумя по существу идентичными полу-балками (21), причем средства контроля содержат по существу механический или термоэластичный блок с управляемой длиной, объединяющий две полу-балки и средства управления длиной механического блока.

6. Устройство для изменения по п.5, отличающееся тем, что указанные средства управления представляют собой пьезоэлектрические устройства (43) или термоэластичные устройства.

7. Устройство для изменения по одному из п.п.5, 6, отличающееся тем, что механический блок содержит механический пантограф (41) с четырьмя вершинами, реализованными при помощи четырех идентичных пластинок (42), причем первая вершина соединена с первой полу-балкой, третья вершина - со второй полу-балкой, а вторая и четвертая вершины соединены с пьезоэлектрическим устройством (43).

8. Устройство для изменения по п.7, отличающееся тем, что механический блок содержит четыре идентичных параллельных друг другу пантографа (41), связанных с двумя полу-балками (21).

9. Устройство для изменения по п.1, отличающееся тем, что связь между элементом с регулируемой длиной и оптической поверхностью включает в себя двуноги, содержащие гибкие пластинки (31), расположенные в форме буквы А, образующие структуру, называемую «А-рамка», причем пластинки являются жестко соединенными с одной стороны с балкой, а с другой стороны, с задней стороной оптической поверхности.

10. Устройство для изменения по п.1, отличающееся тем, что его применяют к зеркалу, причем оно также содержит, для изменения независимым образом астигматизма зеркала и его радиуса кривизны, дополнительную балку (130-133, 138), образующую угол 90º с первой балкой, длина которой изменяется независимо от длины первой балки (129, 137), причем обе балки либо соединены своими центрами, либо свободны друг от друга.

11. Устройство для изменения по п.1, отличающееся тем, что его применяют к зеркалу, причем он также содержит, для управления независимым образом астигматизма зеркала, не изменяя его радиус кривизны, механическую конструкцию, состоящую из четырех по существу идентичных балок (22), расположенных с образованием параллелограмма и связанных между собой соединениями (23), причем две вершины параллелограмма жестко соединены с концевыми участками балки, а две другие вершины параллелограмма жестко соединены с задней стороной зеркала шарнирами (24).

12. Устройство для изменения по п.1, отличающееся тем, что элемент с регулируемой длиной выполнен из такого же материала, что и оптическая поверхность.

13. Устройство для изменения по п.12, отличающееся тем, что указанный материал представляет собой один из следующих материалов: композитную матричную структуру, известную под маркой «Cesic» или стекло, керамику, металлический или композитный материал.

14. Устройство для изменения по п.9, отличающееся тем, что двуноги (31), соединения (23) и шарниры (24) выполнены из инвара.

15. Зеркало телескопа, отличающееся тем, что оно включает в себя устройство для изменения по п.1, причем устройство воздействует на астигматизм и/или радиус кривизны этого зеркала.
По доверенности