空間太陽觀測具有全天時、全天候觀測的優(yōu)點,是研究太陽磁場的重要手段。我國于2011年提出深空太陽天文臺(DSO)科學(xué)計劃,其主載荷太陽磁場望遠(yuǎn)鏡(MFT)要求在日地間L1點暈軌道實現(xiàn)393nm~656nm光譜范圍內(nèi)0.1″~0.15″高分辨率成像,是科學(xué)與技術(shù)上的難點。目前,MFT在光學(xué)系統(tǒng)選型、雜散光抑制、熱仿真分析方面依然研究不成熟,本文針對以上問題進行了深入研究,具體研究方法及成果如下:(1)分析了太陽望遠(yuǎn)鏡常用結(jié)構(gòu)型式及其應(yīng)用特點,結(jié)合MFT指標(biāo)要求,確定了反射-折射型、格里高利型兩種結(jié)構(gòu)型式。采用共焦面設(shè)計方案分別進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計,結(jié)果顯示,準(zhǔn)直鏡系統(tǒng)在393nm~656nm譜段、較大相對孔徑和較長焦距的情況下實現(xiàn)了復(fù)消色差,并在全譜段內(nèi)達(dá)到衍射極限成像。對光學(xué)系統(tǒng)進行熱差分析,結(jié)果表明,反射-折射型和格里高利型MFT準(zhǔn)直鏡能夠衍射極限成像的工作溫度分別為20±1℃、20±6℃。(2)分析了MFT在雜散光抑制方面與其它天文望遠(yuǎn)鏡的不同,提出通過增大主鏡尺寸來實現(xiàn)消雜散光的方法,該方法避免非光學(xué)面成為照射面,在減小雜散光產(chǎn)生風(fēng)險的同時又降低了熱控難度。針對兩種結(jié)構(gòu)型式光學(xué)系統(tǒng)分別進行了鏡筒、擋光板、視場光闌、排熱光闌設(shè)計,進而進行雜散光仿真分析,結(jié)果顯示,反射鏡表面散射是系統(tǒng)雜散光主要來源。(3)基于全積分散射及雙向散射分布函數(shù)理論,針對雜散光抑制要求提出一種光學(xué)表面粗糙度控制方法,該方法以帶限均方根粗糙度控制表面拋光精度,能準(zhǔn)確表征表面散射與系統(tǒng)雜散光性能的關(guān)系。利用該方法,針對不同的雜散光抑制要求,對MFT反射鏡表面粗糙度提出相應(yīng)的控制要求。(4)常用熱分析軟件將太陽視為點源,分析得出點源不適用于MFT熱仿真分析。根據(jù)MFT的特點,提出將光學(xué)分析軟件得到的照度分布作為熱分析模型中的熱載荷,避免重新構(gòu)建太陽模擬源。利用該方案對MFT進行熱設(shè)計和熱分析,量化了相關(guān)因素對主要光學(xué)元件溫度分布的影響程度。(5)對兩種型式MFT準(zhǔn)直鏡進行了公差分析,加工了格里高利型MFT準(zhǔn)直鏡樣機,對其成像性能、溫度敏感性進行了測試,測試結(jié)果與設(shè)計吻合。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P111;P182.2
【部分圖文】：

第 1 章 緒論 觀測。其望遠(yuǎn)鏡采用卡塞格林結(jié)構(gòu)設(shè)計，通光口徑 300mm能夠?qū)崿F(xiàn) 1″空間分辨率成像，其結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。望遠(yuǎn)光片以阻止非成像波長的輻射進入系統(tǒng)。其中三個扇形濾光透波長 171 、195 、284 ，一個圓形濾光片是針對波長 12透膜，所有濾光片都要求將可見光抑制在 10-4量級以下，以熱要求。主鏡后側(cè)安裝兩個濾光輪，濾光輪中四個濾光片之同波長成像通道，除此以外濾光片還能進一步抑制雜散光。

圖 1.2 Hinode-SOT 光路圖Figure 1.2 Hinode-SOT light path diagram衛(wèi)星是美國宇航局（NASA）“與恒星共存（LWS）”計劃實施 2010 年發(fā)射，其科學(xué)目標(biāo)是研究太陽活動如何影響地球生命術(shù)系統(tǒng)，具體探究太陽磁場如何產(chǎn)生、構(gòu)成，以及如何將蘊藏到日光層和地球空間[28-32]。SDO 攜帶三種載荷：極紫外變化性、日震與磁場成像儀（HMI）、大氣層成像部件（AIA）。與 HinI 利用可見光測量太陽大氣磁場矢量，其結(jié)構(gòu)圖如 1.3 所示。H折射式伽利略望遠(yuǎn)鏡設(shè)計，通光口徑 140mm，探測視場 34′×7.3nm，能以 0.91″衍射極限空間分辨率對太陽成像。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，帶通寬度為 50 ，能夠阻止絕大部分熱流輻射進入鏡筒內(nèi)，散光抑制要求。盡管 SDO 空間分辨率不及 Hinode-SOT，但

圖 1.3 SDO-HMI 結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1.3 Structure of SDO-HMI未來太陽探測計劃已經(jīng)在軌運行的衛(wèi)星，國際上還在積極開展未來的空間太在研狀態(tài)的包括日本 Solar-C、歐洲 Solar-Obiter 等，下面紹。是日本下一代空間太陽探測衛(wèi)星[33, 34]，概念圖見圖 1.4。200de 衛(wèi)星是極其成功的太陽觀測衛(wèi)星，科學(xué)家不僅首次確定 波，而且意識到色球?qū)邮抢斫獯糯髿庵写艌黾訜�、磁場消。�?Hinode 衛(wèi)星基礎(chǔ)上，Solar-C 擬對整個太陽大氣進行譜分辨率觀測，以進一步理解太陽大氣動態(tài)和本質(zhì)特征。斷望遠(yuǎn)鏡（SUVIT）口徑 1500mm，探測視場 3′×3′，能
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蘇楊;甘為群;;太陽爆發(fā):源動力之謎[J];物理;2014年01期

2 李蓉;王森;施滸立;陳志平;張巨勇;;深空太陽天文臺磁場望遠(yuǎn)鏡主反射鏡熱分析[J];光子學(xué)報;2014年03期

3 李蓉;王森;施滸立;;空間太陽望遠(yuǎn)鏡主光學(xué)望遠(yuǎn)鏡內(nèi)遮光罩熱效應(yīng)[J];紅外與激光工程;2013年11期

4 林佳本;沈洋斌;朱曉明;鄧元勇;曾真;;懷柔太陽觀測基地全日面磁場自動化觀測系統(tǒng)[J];天文研究與技術(shù);2013年04期

5 甘為群;黃宇;顏毅華;;太陽空間探測的過去與未來[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2012年12期

6 杜繼實;張濤;趙麗麗;宋力昕;胡行方;;玻璃空間電離輻照著色損傷動力學(xué)研究[J];無機材料學(xué)報;2012年11期

7 李蓉;施滸立;;空間太陽望遠(yuǎn)鏡主光學(xué)望遠(yuǎn)鏡熱效應(yīng)分析[J];紅外與激光工程;2011年12期

8 王紅;田鐵印;;三線陣測繪相機光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和公差分析[J];光學(xué)精密工程;2011年07期

9 高欣;楊生勝;王云飛;王健;馮展祖;;空間電離輻射對鑭系光學(xué)玻璃透射率的影響[J];宇航材料工藝;2010年03期

10 劉琳;張興德;賀誼亮;;基于蒙特卡洛模擬法的紅外光學(xué)系統(tǒng)公差分析[J];激光與紅外;2010年05期

本文編號：2857549