空间望远镜地面检测中重力影响的测试方法研究

A space telescopes in orbit is in zero gravity, while it is in gravity before launch, when it is in assemble and tests， and when its performance is decided. Tests on ground should avoid the gravity effects to pridict the performance correctly in orbit. HST、JWST employs the light weight mirror and active optics, which can correct the surface error in orbit.The Solar-B was tested in both up and up-side-down, realized zero-gravity test; These methods are difficult for Deep Space Solar Observatory (DSO, which is based on the Space Solar Telescope (SST)), for the reason that the aperture size of the mirror and the heat from observing object - - the solar，etc.. In this application, we prepare to explore new experiment method to solve the gravity part of surface error for DSO. With A new plan that using an oscillator with the bouyant force, which could make the telescope accelerating smoothly to go on optical testing, we might solve out the gravity effect of the optical system with acutal test results by simulation on mechanical models.Error Analysis is needed for choosing test devices and deciding the precision of results. A shrinkage ratio experiment contrast to the experiment that in the Solar-B will verify the plan. At the same time, we get the experimental feasibility estimates of these two methods for DSO to help the decision of the test layout.The space telescope will be tested without change its pose，so it is easy for optomechanical design. The method will be worthful for other larger aperture space optical system projects as well.

空间望远镜在轨时处于失重状态，而发射前组装检测时却在地面重力场里，须排除重力影响才能正确预测失重后像质。HST、JWST采用轻量化镜面并通过主动光学技术来矫正在轨后产生的面形误差；Solar-B采用正、反两种工况消除系统装校检测时的重力影响。国家拟在空间太阳望远镜(SST)基础上建造的深空太阳天文台(DSO)，因镜面口径、观测热源等实际问题，直接采用现有方法存在较大工程难度。针对DSO应用，探索重力成分解析的实验方法：提出应用浮力振子平滑模拟变重力场；利用光学动态测量结果，通过数学模型软件模拟方法解析重力成分；通过误差分析获得测试仪器指标要求及测试结果精度估计；进行缩比试验及Solar-B方法实验，在进行正确性验证同时，得出这两种方案工程难度的实验评估，为DSO像质检测方案决策提供理论与实验依据。该方法将实现系统姿态不变下的失重像质预测,降低光机设计要求，并适用于更大口径的空间望远镜。

空间望远镜在轨工作时，处于失重状态，这与地面装调时所处的1g重力加速度时不同。地面装调时预测在轨时的像质，对保证空间望远镜在轨像质具有重要作用。过去的研究大多在镜面抵消重力上，针对的是镜面，且理论上多个集中力，是无法抵消针对镜体所有质点的惯性力的，Hinode采用正反放置，实现了去除重力影响的面形计算。但针对更大型的空间望远镜，这很不方便。.本课题力图实现不需要让望远镜正反翻身，但能在理论上去除重力影响的实验方法与算法。初步的方案是令检测系统上下振动，产生不同加速度下不同的面形测量结果，探索该方法是否可以得到望远镜的0g波前，限于经费，采用能反映一米口径空间太阳望远镜DSO情况的缩比模型来实际去验证实验方案，并用Hinode正反放置的方法来验证。.我们研究了产生上下振动的方案，设计并建立了缩比实验模型，建立了实验系统，并进行了试验。我们研究了光学检测系统的力学数学模型，建立了0g波前的求解算法，分析了产生误差的机制和测量结果的置信度。我们根据试验结果，进行了面形的 解算与误差的解算。我们进行了对比试验。所得出的测量结果一致，误差小于1/4波长PV或1/20波长rms，证明该方法适用于衍射受限的光学系统，因而是一个实用的方法。.在缩比模型建立中，为了克服加工极限，采用薄平面镜。为了获得薄平面镜的0g面形，我们建立了利用表面张力悬浮的测量方法，建立力学模型并分析了误差，测量了直径100mm厚0.7mm的薄镜面的0g面形，并应用于缩比模型中1.4mm平面镜镀膜前的0g面形测量，并获得小于2.5波长PV的检测结果，由于只能采用透明玻片，该测量是并不能用Hinode方法实现。.我们获得的上述两种0g波前的测试方法。有望应用于其它大口径空间光学系统的研制。

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