沈 凯，何 欣，张星祥

低温反射镜组件结构设计与支撑特性分析

沈 凯1,2，何 欣1，张星祥1

（1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033；2. 中国科学院大学，北京 100049）

红外光机系统在低温环境工作能够抑制背景噪声提高探测灵敏度，也提高了反射镜组件结构设计难度。低温反射镜支撑结构设计主要问题是由反射镜与连接件热线胀系数不同导致的温度变化工况下的面形变化。对工作于240K的450mm反射镜组件进行结构设计，反射镜材料为SiC，连接件材料为殷钢，采用背部中心单点支撑形式与三角形轻量化形式，并设计柔性连接件提高低温面形表现。对主要设计参数进行优化分析，得到各参数对面形的影响曲线。优化后，反射镜光轴方向重力面形为8.585nm，径向重力面形3.710nm，240K低温面形5.086nm，一阶模态277Hz，轻量化率89.4%。

有限元分析；低温反射镜；背部中心支撑；支撑特性

0 引言

红外遥感技术是一种通过探测目标所辐射或反射的红外辐射能量获取目标信息的遥感手段。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，物体自身辐射的辐射通量密度与绝对温度的四次方成正比。对红外光学系统而言，通过降低光机系统温度来减少辐射强度能够有效提高探测灵敏度。

鉴于低温光学在红外探测中的重要作用，自20世纪60年代以来，国外已经开展相关研究。例如，由美国研制的IRAS[1]采用全铍材料设计镜体与支撑结构，实现2～5K温度下稳定成像；欧洲航天局（European space agency）研制的Herschel望远镜[2-3]光机结构都采用碳化硅材料，实现85K低温成像；……