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          “中科天儀”光學系統為“祝融”打造火眼金睛

          “中科天儀”光學系統為“祝融”打造火眼金睛

          • 分類:技術動態
          • 作者:
          • 來源:
          • 發布時間:2021-10-23 07:50
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          【概要描述】

          “中科天儀”光學系統為“祝融”打造火眼金睛

          【概要描述】

          • 分類:技術動態
          • 作者:
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          中科天儀”光學系統為“祝融”打造火眼金睛

           

          8月23日,是天問一號遨游太空、追夢火星13個月整,也是祝融號火星車平安在火星度過100天的日子,更是行駛里程突破1000米的關鍵一天。已圓滿完成既定使命的祝融號,狀態良好、步履穩健、能源充足,后續將繼續向烏托邦平原南部的古海陸交界地帶行駛,實施拓展任務。

          記者近日從中國科學院南京分院獲悉,中科院南京天文儀器有限公司(下稱“中科天儀”)研制的光學系統,用于本次火星探測計劃兩臺光學探測類科學載荷:祝融號火星車上的“火星表面成分探測儀”和火星環繞器上的“火星礦物光譜分析儀”,為此次火星探測任務作出了重要貢獻。

          這兩臺光學載荷由中科院上海技術物理研究所牽頭研制。“火星表面成分探測儀”用于開展火星著陸區表面元素、礦物和巖石的高精度科學探測,“火星礦物光譜分析儀”則用于火星表面物質成分調查和分析,目前這兩臺載荷均已順利開展科學探測,并成功下傳探測數據。

          “如果說光學載荷是火星車上的‘千里眼’,那么它的光學系統就相當于眼球的‘晶狀體’,用于匯聚光線,實現清晰成像。”“中科天儀”科技處處長朱慶生研究員科普道,光學載荷主要由光學系統、機械結構、成像器件和控制分析軟件四大部分組成,而光學系統是核心,它的主鏡、次鏡、施密特改正鏡和離軸反射鏡等光學鏡面,均是“中科天儀”組織核心科技力量為此次火星任務而專門攻關研制的產品。在此次探測任務中,這批光學鏡面的指標精度完全符合設計要求,綜合性能表現良好。

          如何讓這個小小的“晶狀體”到了火星后有效實現功能,成為科研團隊一個不小的挑戰。

          “輕量化指標極高”是團隊接到任務后首先需要考慮的問題。地球與火星距離遙遠,飛行時間漫長,“輕量化”能減少系統質量降低能量消耗,最大程度保證飛行成功,以及在前所未知的火星表面有效行動。但是,高輕量化會導致鏡體的剛度下降,抗變形能力降低,鏡面的精度和穩定性會下降,勢必會影響光學系統性能,故而必須解決上述問題。

          為了克服困難,“中科天儀”科研團隊在鏡體輕量化結構設計、機械結構設計、超輕量化鏡體加工與檢測等方面進行集智攻關,并組建了各個任務團隊,主要包括光機系統設計團隊,負責鏡體和機械結構的優化設計、分析仿真等工作;鏡體加工檢測團隊,負責鏡體輕量化結構加工、高精度鏡面加工、鏡體鏡面檢測等工作;系統裝調檢測團隊,負責光學系統的裝配、性能調試、檢測等工作;生產管理團隊,負責生產調度、設備維護、質量管理、安全生產等工作,最終圓滿克服了各種困難,完成了既定任務。

          為了“祝融”能在火星上擁有“火眼金睛”,航天光學載荷需要具備高清晰成像功能。為此,設計單位采用了離軸多反非球面鏡系統,消除系統色差、抑制系統各類像差,同時實現了無中心遮攔的清晰成像。朱慶生研究員告訴記者,離軸、多反、非球面這三個要求都是光學儀器研制的難點,同時實現三方面的極限技術要求,對于光學加工、裝調、檢測都提出了極高的要求。團隊通過改進離軸非球面鏡加工工藝、設計專用檢測工裝、發明離軸多反裝配和檢測方法等創新,圓滿解決了研制過程中的技術障礙。

          在實際探測任務中,“中科天儀”這批光學鏡面的指標精度也完全滿足了設計要求。為了滿足兩臺光學載荷的高精度探測要求,火星任務光學鏡面的精度指標需要比通常光學儀器的鏡面精度更高,需要將實際鏡面與設計鏡面的誤差控制到納米量級,才能實現更清晰的成像,滿足高精度探測要求。這也是此次任務的另一大挑戰。

          朱慶生研究員說,光學鏡面的精度依靠精密光學加工和光學檢測來實現,通過多工序的加工檢測迭代來完成。在這個過程中,科研團隊做了大量的計算與檢驗工作。在鏡面磨削、研磨、精密拋光等工序中,優化相應的加工工藝,設計對應的檢測方法,針對檢測出的誤差,再進行反饋補償加工。像這樣反復迭代,誤差不斷收斂,才最終達到技術要求的精度指標。

          此外,“中科天儀”還做了大量的工作加強光學產品的可靠性以及環境適應性,包括對發射過程的強烈振動、太空真空、低溫、失重等情形的適應性,這充分保障了產品在特殊環境下的有效性能。該項目創新發展的新技術,也將在天文儀器、大氣探測儀器、激光通信與量子通信設備、光學檢測儀器等方面擁有廣泛的應用前景。

          作者: 蔡姝雯 晏慶合

          來源:新華日報

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