Spacecraft Recovery & Remote Sensing, Volume. 45, Issue 1, 78(2024)
Research Status and Development Trend of Segmented Space Telescope Technology
Figures & Tables(18)
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Table 1. Partial project information of the segmented space telescope
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类型 项目名称 研制单位 口径/m 数量 尺寸/m 工作谱段/μm 发射时间 运行轨道 优缺点对比 可展开 SMT NPS 3 6 1 0.4~0.7 — GEO 具有快速波前检测 与调控、精密展开 机构设计等技术优 势，但受压缩率限 制，其系统口径仍 无法突破运载瓶颈 JWST NASA 6.5 18 1.315 0.6~28.5 2021 SEL2 LUVOIR-A NASA 15 120 1.223 0.1~2.5 2039 SEL2 LUVOIR-B NASA 8 55 0.955 0.1~2.5 2039 SEL2 SAFIR NASA 10 7 3.3 30~800 — SEL2等 稳定轨道 ATLAST NASA 9.2 36 1.315 紫外/可见光/ 近红外 2028 SEL2 ATLAST NASA 16.8 36 2.4 紫外/可见光/ 近红外 2028 SEL2 在轨 组装 AODS TAS ~17 — 1.38 — — — 可维护性高，可扩 展性强，设计灵活 度大，可突破运载 限制，但对机器人 组装技术、在轨测 量技术以及超高稳 定性结构设计要求 较高 ALMOST NASA 0.76 6 0.3 — 2006 LEO OPTIIX NASA 1.45 6 0.5 0.45~0.85 2015 LEO MAR ESA 6.6 36 1.2 — — SEL2 MUST Ball Aerospace 10 16 2 紫外/可见光 始于2004年 SEL2 iSAT NASA 20 168 1 紫外/可见光/ 红外 — SEL2 LAST SSTL 25 342 1 — — GEO TMST NASA 30 196 Φ1×0.05 紫外/可见/ 近红外 — SEL2 RAMST NASA 100 5016 0.675 紫外-近红外 — SEL2
Table 2. Mechanism deployment related technology
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展开技术 展开精度 实现技术特点 充气式架臂 mm~cm 轻质、高收纳比，但承载能力较弱 伸缩臂 μm~mm 精度高、稳定性好，但质量较大，收纳比较低 形状记忆复合材料 mm~cm 轻质、高压缩比；稳定性相对较低，承载能力较弱 铰链式架臂 μm~mm 可附有多个灵活关节，实现高精度多自由度运动 可展开桁架结构 mm 桁架单元可实现大型支撑结构在轨建造 可卷曲悬臂梁 mm~cm 高收纳比，利用弹性变形提供的应变能实现展开，但稳定性较低
Table 3. Robot and robotic arms related technology
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机器人/机械臂系统 实现技术途径/优点 多足机器人系统 机器人完全独立控制，工作空间广、活动自由，配置末端执行器实现模块的抓取及搬运 端对端步行机器人系统 适用于主次镜支撑桁架等高刚度结构的组装，可在近距离范围内完成高标准化操作 智能机器人系统 具有双目视觉及测量感知能力，可记录手臂末端的运动轨迹数据，对模块进行精细组装操作； 多指灵巧手可精确调整位姿，抓取模块 智能机械臂系统 可在空间站/天文台完成模块抓取及搬运、模块对接、在轨组装等任务[ 25 ]，如国际空间站使用的加拿大遥机械臂系统SSRMS(Space Station Remote Manipulator System)
Table 4. Co-phase detection method
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技术方法 精度指标 迈克尔逊干涉法 测量范围30 μm，检测精度5 nm 窄带夏克-哈特曼法 测量范围±λ/4，检测精度6 nm 宽带夏克-哈特曼法 测量范围±30 μm/±1 μm，检测精度1 μm/30 nm 改进型哈特曼法 测量范围500 μm，检测精度2 nm 色散条纹法 测量范围百微米级，检测精度λ/5（均方根） 相位恢复法 测量范围毫米~十纳米，检测精度λ/30（均方根） MTF次峰法[ 26 ]测量范围大于100 μm，精度优于10 nm 神经网络法 动态范围大，检测精度高，但需要大量训练数据
Table 5. Segmented-mirror control related technology
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调控机构/技术 实现技术途径/优点 调整机构 刚性杠杆式 结构简单、刚性强，但尺度比和承载能力较小， 主要用于μm级单自由度或三自由度调节 齿轮减速式 常与步进电机和精密滚珠丝杆配合使用， 可在mm级行程上实现nm级[ 29 ]的输出精度液压式 由电机、精密丝杠和液压缸组成，缩放比较大； 存在漏油、摩擦等问题，不适用于天基望远镜 柔性铰链式 具有无摩擦、无滞回效应的优点，可以消除回隙的影响 驱动技术 六自由度并联机构技术 具有较高的刚度和运动精度，并联冗余运动可有效降低系统运动误差， 如PI 公司研制的六自由度并联指向机构，重复定位精度可达到0.5 μm[ 30 ]微驱动技术 以压电驱动器、音圈电机为驱动元件， 具有驱动范围小、位移精度高、动态范围宽等优点 主动控制混合反射镜技术 在SiC基体上植入固态驱动器或在超轻量化 分块镜面板上加入力驱动器，用于调整面形
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Kailun ZHAO, Dewei SUN, Qiaolin HUANG, Guoliang TIAN, Jinping HE. Research Status and Development Trend of Segmented Space Telescope Technology[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2024, 45(1): 78
Paper Information
Category:
Received: Apr. 21, 2023
Accepted: May. 1, 2023
Published Online: Apr. 22, 2024
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