基于組合優(yōu)化算法的拼接子鏡組件一體設計

杜一民，高雁，許博謙，張春悅，匡也

（中國科學院長春光學精密機械與物理研究所中國科學院空間光學系統(tǒng)在軌制造與集成重點實驗室，長春 130033）

0 引言

隨著空間觀測需求的發(fā)展，對空間光學遙感器的要求越來越高［1-5］。反射鏡組件是空間光學遙感器中最重要的部件之一，反射鏡的面形精度與穩(wěn)定性直接關系到光學系統(tǒng)的成像質量。為了降低反射鏡支撐、加工、裝調、檢測難度，保證面形精度，需對其進行輕量化設計以減輕結構重量［6-8］。

歐洲航天局研制的Herschel 遠紅外望遠鏡Φ3.5 m 主鏡的鏡面厚度為2.5 mm，鏡體重量為210 kg，面密度為21.8 kg/m2，采用雙足支架柔性支撐結構，面形精度RMS 值優(yōu)于2 μm［9］；Xinetics 公司研發(fā)的Φ510 mm反射鏡的鏡面厚度為2～4 mm，加強筋厚度為1.5 mm，反射鏡的面密度僅為22 kg/m2，面形精度RMS 值為296 nm［10］。張雷、柯善良［11-12］等針對某空間相機的Φ210 mmSiC 反射鏡應用拓撲優(yōu)化、多目標集成優(yōu)化方法進行超輕量化設計，并應用集成優(yōu)化方法優(yōu)化設計了一種串聯(lián)雙軸片式柔性支撐結構，反射鏡面形精度RMS 值優(yōu)于3.5 nm，組件重量僅為637 g，面密度達到16.9 kg/m2；邵夢琪等［13］針對微型遙感載荷采用第二代非支配排序遺傳算法建立多約束多目標的參數優(yōu)化模型，設計了一種折臂梁式柔性支撐結構，鏡面的表面誤差RMS 優(yōu)于0.020λ。

傳統(tǒng)輕量化方法一般以單一工件為優(yōu)化對象［14-15］，不能使整個組件真正達到重量最輕、面形精度最高的設計目標。由于子鏡組件（Primary Mirror Segment Assembly，PMSA）促動器承載能力及鏡體材料的嚴格限制，傳統(tǒng)輕量化方法無法滿足設計指標。因此，子鏡組件的一體優(yōu)化設計方法是符合重量要求的關鍵。……