CC BY
33УДК 53.083.8
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЗЕРКАЛА КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА «МИЛЛИМЕТРОН»
А. Г. Верхогляд1, В. М. Михалкин2, В. А. Куклин2, В. И. Халиманович2, Ю. В. Чугуй1
1Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН Российская Федерация, 630058, г. Новосибирск, ул. Русская, 41. E-mail: [email protected] 2ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Предложена конструкция измерительной системы для контроля геометрических параметров центрального зеркала и оптической схемы космического телескопа «Миллиметрон». Приведены возможные источники ошибок измерений. Проведена оценка возможной величины этих ошибок и обсуждаются пути их уменьшения.
Ключевые слова: контрольно-измерительная машина, датчик волнового фронта, интерферометр Физо, интерферометрический измеритель перемещений.
INSPECTION SYSTEM OF GEOMETRICAL PARAMETERS OF THE CENTRAL MIRROR FOR SPACE TELESCOPE "MILLIMETRON"
A. G. Verkhoglyad1, V. M. Mikhalkin2, V. A. Kuklin2, V. I. Khalimanovich2, Yu. V. Chugui1
technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering SB RAS 41, Russkaya str., Novosibirsk, 630058, Russian Federation. E-mail: [email protected] 2JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
The construction and measuring system for geometrical parameters inspection of the central mirror and the optical scheme of a space telescope «Millimetron» are described. Possible sources of error measurements are given. The possible value estimation of these errors is performed and ways of their reduction are discussed.
Keywords: inspection and measuring machine, wavefront sensor, Fizeau interferometer, interferometric encoder of displacements.
Постановка задачи. В последние годы наметилась тенденция создания все более крупных телескопов. Одним из таких примеров может служить международный проект разработки космической лаборатории «Миллиметрон». Главной проблемой создания крупных телескопов является обеспечение качества изображения, что в свою очередь требует разработки высококачественных и высокоточных методов контроля формы асферических зеркал. Наиболее успешно применяются компенсационный и голографический методы [1; 2]. Использование таких методов позволяет производить контроль качества и формы оптической поверхности с точностями ~ Х/100 (X - длина волны зондирующего излучения), но при этом, когда фактически контролируется фаза отраженной от тестируемой поверхности волны, не производится с достаточной точностью привязка координат выявленных дефектов к координатам материальных реперных точек, которые зачастую устанавливаются на тестируемой поверхности. Также оптические методы требуют высокого качества обработки поверхности. В данной работе сообщается о разработке автоматизированной системы контроля центральной части зеркала космической лаборатории «Миллиметрон», в которой совмещены оптические, интерференционные методы и оригинальная прецизионная контрольно-измеритель-
ная система. Разрабатываемая система будет иметь следующие технические характеристики:
- диаметр контролируемой поверхности, м, не менее 3;
- среднеквадратичная ошибка контроля формы поверхности, мкм, не более 2;
- дополнительные возможности: контроль искажений волнового фронта оптической системой центральное зеркало (ЦЗ) + контррефлектор (КР), контроль с помощью синтезированной голограммы с погрешностью не более Х/20 (X = 10,6 мкм).
Предлагаемое техническое решение. Схематичное изображение системы и ее основных частей приведено на рисунке.
В основе технического решения предлагается использовать контрольно-измерительную машину (КИМ), созданную на основе прецизионного трехкоординат-ного позиционера портального типа [3], установленного на виброизолированном основании. При перемещениях исполнительных элементов вдоль осей декартовой системы координат для предотвращения появления неперпендикулярности вследствие больших размеров исполнительных элементов (например, длина портальной рамы по оси Y более 4000 мм, а каретки по оси X более 1000 мм) предусмотрен прецизионный синхронный контроль перемещений двух
Решетневскуе чтения. 2014
взаимно противоположных концов этих элементов. Для получения необходимой точности перемещения всех движущихся частей КИМ эти перемещения будут контролироваться с помощью встроенных интер-ферометрических преобразователей перемещений аналогично [4]. Контроль взаимной перпендикулярности всех подвижных осей КИМ на этапе монтажа и периодических поверок осуществляется диагональным методом с учетом всех возможных погрешностей [5], а также с использованием системы QC-10 Ballbar (производство Renishaw Inc.).
Схема системы контроля центральной части зеркала: 1 - виброизолированное основание; 2 - гранитные направляющие, обеспечивающие продольное перемещение измерительных средств; 3 - портал; 4 - гранитные направляющие, обеспечивающие поперечное перемещение измерительных средств; 5 - гранитные направляющие, обеспечивающие вертикальное перемещение измерительных средств; 6 - каретка установки измерительных средств;
7 - измерительная головка КИМ; 8 - объект контроля
Для параллельного контроля формы и правильности установки лепестков центрального зеркала на портале КИМ применяется специализированная ин-терферометрическая система производства ООО «Дифракция» (г. Новосибирск).
Искажения волнового фронта после установки контррефлектора будут контролироваться датчиком волнового фронта ШаГ3000С (ООО «Визионика», г. Москва).
Основные технические характеристики и работа автоматизированной системы контроля геометрии центрального зеркала. Разрабатываемая система обладает следующими техническими характеристиками:
Максимальные размеры контролируемого изделия (длина х ширина х высота), мм, не менее 3000x3000x2800.
Измерение отклонения положения секторов ЦЗ от теоретического профиля ЦЗ в системе координат измерительной системы - обеспечивается.
Измерение формы отражающих поверхностей: единичного сектора ЦЗ отдельно и центрального зеркала в сборе - обеспечивается.
Измерения положения КР относительно профиля ЦЗ:
в системе координат ЦЗ - обеспечивается;
привязка профиля ЦЗ к его системе координат -обеспечивается.
Суммарная методологическая погрешность измерения среднеквадратичного отклонения (СКО) отклонения формы отражающей поверхности объект испытаний (ОИ) от номинальной, мм, не более - обеспечивается.
Количество зон измерений при настройке положения вторичного зеркала относительно профиля ЦЗ на каждом из лепестков ЦЗ, шт., не менее - не ограничено.
Длительность измерения одной зоны, мин, не более 1.
Возможность привязки координат любых поверхностей и точек ЦЗ и КР к реперным точкам, задающим базовую систему координат - обеспечивается
Сборка и контроль центральной части зеркала осуществляются в следующем порядке: обмер отдельных лепестков (построение поверхности параболоида по облаку точек и определение ее положения относительно реперных точек осуществляются в режиме работы КИМ), установка лепестков в рабочую позицию (используются реперные метки - работа в режиме КИМ), контроль поверхности ЦЗ, образованной установленными лепестками (используется интерферометрический метод), установка контррефлектора (используются реперные метки - работа в режиме КИМ), контроль качества оптической схемы «центральное зеркало + контррефлектор» (используется датчик волнового фронта).
Заключение. Ожидаемые параметры разрабатываемой системы позволят осуществлять полный контроль геометрии центрального зеркала и качества оптической схемы центральное зеркало + контррефлектор космической лаборатории «Миллиметрон» во время наземной экспериментальной отработки и ее сборки. Модернизация данной системы позволит применить ее для полного контроля оптической схемы космической лаборатории «Миллиметрон» и контроля работы бортовых измерительных систем.
Библиографические ссылки
1. Батшев В. И., Бадунова Е. А., Польщикова О. В. Перспективные методы контроля качества выпуклых асферических зеркал большого диаметра // Наука и образование. 2013. № 12. С. 515-526.
2. Семенов А. П., Абдулкадыров М. А., Патрикеев В. Е., Воробьев А. С. Современные интерференционные методы контроля формы поверхностей крупногабаритных асферических деталей // Прикладная оптика-2010 : тр. 9-й Междунар. конф. (18-22 октября 2010 г., г. Санкт-Петербург). Т. 1(2). Оптическое приборостроение. СПб. : Оптическое общество им. Д. С. Рождественского, 2010. С. 55-59.
3. Многофункциональная прецизионная лазерная технологическая система для обработки большераз-мерных деталей произвольной топологии / В. С. Ба-зин, А. Г. Верхогляд, И. А. Выхристюк, Л. Б. Касторский, В. П. Кирьянов, С. А. Кокарев, В. И. Проць, Е. В. Сысоев // Автометрия. 2005. Т. 41, № 6. С. 107-114.
4. Ведерников В. М., Кирьянов В. П., Лебедев Г. А. Применение лазерного интерферометра для контроля и юстировки измерительных систем тяжелых станков // Станки и инструмент. 1978. № 4. C. 21-23.
5. Wang C. Laser vector measurement technique for the determination and compensation of volumetric positioning errors. P. 1: Basic theory // Review of Scientific Instruments. 2000. Vol. 71, No 10. P. 39333937.
References
1. Batshev V. I., Badunova E. A., Pol'shchikova O. V. Nauka i obrazovanie. 2013, no. 12, p. 515-526.
2. Semenov A. P., Abdulkadyrov M. A., Patrikeev V. E., Vorob'ev A. S. Modern interferential inspection methods of surfaces form for large-size aspherical articles [Sovremennie interferencionnie metodi kontrolya formi poverkhnostei krupnogabaritnih asfericheskih detalei]. Trudy 9 Mezhdunarodnoi konferencii "Prikladnaya
optika - 2010" (Proc. 9th Int. Conf. "Applied optics -2010"). St.-Petersburg, 2010, t. 1 (2), p. 55-59.
3. Bazin V. S., Verkhoglyad A. G., Vykhristyuk I. A., Kastorskii L. B., Kiryanov V. P., Kokarev S. A., Prots V. I., Sysoev E. V. Multifunctional precision laser technological system for processing large-scale articles with an arbitrary topology. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2005, 41 (6), p. 89-94.
4. Vedernikov V. M., Kiryanov V. P., Lebedev G. A. Stanki i instrument. 1978, no. 4, p. 21-23.
5. Wang C. Laser vector measurement technique for the determination and compensation of volumetric positioning errors. Part 1: Basic theory, Review of Scientific Instruments, 2000, 71 (10), p. 3933-3937. Cited 30 times.
© Верхогляд А. Г., Михалкин В. М., Куклин В. А., Халиманович В. И., Чугуй Ю. В., 2014
УДК 621.396.677
МЕЖСПУТНИКОВАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ ММВ ДИАПАЗОНА
В. А. Вечтомов
Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана Российская Федерация, 105005, г. Москва, 2-я Бауманская, 5. E-mail: [email protected]
Представлен вариант построения межспутниковой линии связи в диапазоне 54,5...61,5 ГГц между космическими аппаратами, базирующимися на геостационарной орбите. Предложены оригинальные технические и конструктивные решения по реализации системы связи на элементной базе миллиметрового диапазона волн.
Ключевые слова: антенна, космический аппарат, линия связи.
INTER-SATELLITE LINK IIM RANGE V. Vecytomov
Bauman Moscow State Technical University (BMSTU, Bauman MSTU) 5, the 2nd Baumanskaja, Moscow, 105005, Russian Federation. E-mail: [email protected]
A version of the construction of the inter-satellite link in the range of 56...61 GHz between the spacecraft, based in the geostationary orbit is presented. Ingenious engineering and design solutions for the implementation of a communication system for cell-based millimeter-wave are proposed.
Keywords: antenna, spacecraft, link.
В современных условиях системы спутниковой связи (ССС) должны обеспечивать непрерывную и устойчивую передачу высококачественных радиовещательных услуг и каналов спутникового телевидения индивидуального и коллективного пользования, широкополосного доступа в Интернет, цифровой телефонной связи. Дальнейшее повышение эффективности ССС возможно путем широкого использования в бортовых спутниковых ретрансляторах (РТР) многолучевых антенн, бортовых цифровых платформ и межспутниковой линии связи (МЛС).
Задачей МЛС является обеспечение радиообмена между земными станциями (ЗС), не находящимися в прямой видимости с одного КА, для чего необходи-
ма передача информации между КА, находящимися как на одной, например, геостационарной орбите (ГСО), так и на разных орбитах. Применение МЛС существенно повышает эффективность коммерческих и специальных спутниковых линий связи [1], а именно:
- увеличивается протяженность спутниковых линий связи;
- сокращается время распространения сигнала за счет исключения «двойного скачка» на линии спутниковой связи;
- сокращается загрузка спутниковых каналов связи;
- повышается надежность и устойчивость спутниковых линий связи;
