[發明專利]一種全碳纖維高穩定性空間相機光機結構

有效

• 申請號: 202011378779.2
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112394597B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 蔡偉軍;范斌;高衛軍;丁世濤;李富強;范俊杰;胡睿;張鳳芹;羅廷云;丁鍇鋮
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G03B17/12
• 分類號: G03B17/12;G03B17/17;G03B17/55;G02B7/183
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 胡健男

本發明為一種全碳纖維高穩定性空間相機光機結構，包括鏡頭主框架(1)、一三鏡支撐背板(2)、四鏡框(3)、光闌板(4)、以及焦平面框(5)。焦平面框(5)是相機焦平面組件的主承力結構，用于安裝相機成像探測器、焦面電路板以及焦面熱控組件等，采用陶瓷基碳纖維復合材料整體成型而成。樹脂基碳纖維復合材料具有較低的熱膨脹系數，同時具有較好的剛度及阻尼特性，可顯著提高光機結構的力學性能及熱穩定性。陶瓷基復合材料同樣具有較低的熱膨脹系數，同時具有較高剛度、高熱導率等特點更加實用于具有較大內熱源的焦面組件的散熱，結合熱管等散熱設計可以實現焦面組件較高的控溫精度，從而保證空間光學遙感相機成像幾何穩定性。

技術領域

本發明屬于空間光學遙感技術領域，涉及一種全碳纖維高穩定性空間相機光機結構。

背景技術

隨著幅寬、分辨率等指標的大幅提升，空間光學遙感相機結構尺寸顯著增加，在軌熱變形對相機幾何定位精度乃至成像質量均會產生一定影響。為此提高相機熱控精度和采用新型高性能材料研制高穩定性光機結構是保證大口徑空間光學遙感相機幾何穩定性的兩個主要途徑。目前空間遙感相機熱控精度已經能夠實現鏡頭±1℃甚至更高的精度，進一步提高控溫精度將使衛星付出較大的功耗等資源代價，為此從光機結構優化設計以及新型高性能材料選用成為主要研究方向；

樹脂基碳纖維復合材料具有密度小、低線膨脹系數、高剛度、高強度等特點，是較理想的空間光學結構設計材料。但該材料屬于非金屬材料，真空中存在釋放可凝性揮發物以及樹脂吸濕后發生膨脹變形及機械性能不穩定問題，另外材料的各向異性特性使其在結構件設計過程更加復雜。上述問題一定程度的限制了其在空間光學遙感相機中的大量應用，主要作為一些簡單的桿件、筒式結構的部件材料。隨著復合材料加工技術和仿真設計手段的不斷進步，上述問題逐步得到解決，為期在空間光學相機結構上的廣泛應用奠定了技術基礎。

陶瓷基碳纖維復合材料是近十年來發展起來的新型高性能碳纖維復合材料，不僅解決了樹脂基碳纖維復合材料的真空揮發以及吸濕膨脹的問題，并且材料剛度、強度、導熱系數等綜合性能大幅提升，國內多個空間遙感相機的光機部件設計中被選用。但由于其制造工藝復雜、成品率低、成本高，一定程度上限制了其廣泛應用，主要用于一些關鍵承力結構件。

發明內容

本發明解決的技術問題：克服現有技術不足，提出一種全碳纖維高穩定性空間相機光機結構，基于改進型樹脂基碳纖維復合材料對真空揮發特性和吸濕膨脹特性的顯著改進，給出了一種結合選用樹脂基和陶瓷基碳纖維復合材料的全碳纖維光機結構設計方案，該方案具有重量輕、剛度高，顯著提高相機在軌穩定性。

本發明的具體技術方案如下：一種全碳纖維高穩定性的空間相機光機結構，其特征在于包括：鏡頭主框架(1)、一三鏡支撐背板(2)、四鏡框(3)、光闌(4)以及焦平面框(5)；

鏡頭主框架(1)，為筒式框架，側面設有入光口，一三鏡支撐背板(2)安裝在鏡頭主框架(1)底部，四鏡框(3)安裝在鏡頭主框架(1)的頂部，光闌(4)安裝于鏡頭主框架(1)內，朝向入光口；

焦平面框(5)安裝在一三鏡支撐背板(2)；

鏡頭主框架(1)，作為空間相機的主承力結構；一三鏡支撐背板(2)用于安裝相機的兩個反射鏡組件及焦平面框；

四鏡框(3)，用于安裝相機四鏡；

光闌(4)表面噴涂消雜光黑漆，抑制進入空間相機的雜光。

焦平面框(5)，用于為相機探測器組件、焦面電路組件以及熱控組件提供固定安裝接口。

優選的，鏡頭主框架(1)、一三鏡支撐背板(2)、四鏡框(3)、光闌(4)通過螺接或者鉚接的形式組裝為一個整體成為相機鏡頭光學組件的主承力結構，用于為各反射鏡組件提供穩定的結構支撐，并提供相機與衛星之間的安裝接口，確保在實驗室光學裝調及在軌成像狀態具有良好的結構穩定性；