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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 月基三波段共孔徑太陽望遠(yuǎn)鏡
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 太陽對(duì)地球氣候、人類健康及航空航天、通訊等方面的活動(dòng)具有強(qiáng)烈和深遠(yuǎn)的影響，世界上在紫外、可見光、紅外波段對(duì)太陽成像的儀器在近年均得到迅速發(fā)展，然而目前對(duì)多個(gè)波段共孔徑成像技術(shù)尚屬空白。 本作品實(shí)現(xiàn)了利用同一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，在擴(kuò)展波段（紫外、可見光、長波紅外）上對(duì)太陽同時(shí)成像。月基工作環(huán)境的設(shè)計(jì)，避免了大氣對(duì)紫外光線的吸收和散射。前置光學(xué)系統(tǒng)采用雙反射式，避免了長波紅外用鍺和紫外光用石英玻璃材料的限制。兩片反射鏡和可見光CCD、紫外CCD、紅外探測器組成分光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)紫外、可見、長波紅外光的分光?？紤]空間發(fā)射環(huán)境和月球平臺(tái)長期工作要求，作品原理樣機(jī)采用一體化設(shè)計(jì)，簡化了調(diào)整過程，滿足外空間環(huán)境工作需要。
- 詳細(xì)介紹：
- 太陽對(duì)地球氣候、人類健康及航空航天、通訊等方面的活動(dòng)具有強(qiáng)烈和深遠(yuǎn)的影響，自古以來人類就觀察太陽，近年，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，對(duì)太陽觀測邁進(jìn)了新階段。太陽紫外、可見、紅外三波段的光，均顯示了太陽某一方面的活動(dòng)信息，缺一不可。然而紅外、紫外和可見光用同一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)成像的太陽望遠(yuǎn)鏡仍屬技術(shù)空白。我們的作品，實(shí)現(xiàn)了太陽三波段共孔徑成像。 作品系統(tǒng)設(shè)計(jì)有三個(gè)特點(diǎn)：一、前置光學(xué)系統(tǒng)采用雙反射式，紅外波段無需使用鍺材料，紫外波段無需使用水晶或石英玻璃，避免了不同波段對(duì)玻璃材料的不同要求，僅用常規(guī)光學(xué)玻璃即可滿足技術(shù)要求。二、兩片反射鏡和可見光CCD、紫外CCD、紅外探測器組成分光系統(tǒng)組成分光系統(tǒng)，科學(xué)地實(shí)現(xiàn)了對(duì)紫外、可見、紅外光的分光，滿足了三波段共孔徑的設(shè)計(jì)要求。三、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，考慮空間發(fā)射條件和月球平臺(tái)長期工作，要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不易變形，可靠性高。作品原理樣機(jī)使用了鋁合金材料，采用了數(shù)控銑、線切割等先進(jìn)加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)元件夾持固定一體化的理念，簡化了調(diào)整過程，滿足外空間環(huán)境工作需要。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.用一個(gè)前置光學(xué)系統(tǒng)滿足可見、紫外、長波紅外光成像要求。 2.兩個(gè)反射鏡構(gòu)成了三波段分光系統(tǒng)，利用可見光CCD探測器、紫外光CCD探測器、紅外熱探測器對(duì)三波段分別成像。 3.月球環(huán)境光信號(hào)源模擬器。將模擬器與望遠(yuǎn)鏡置入真空室，觀察可見、紫外、長波紅外光的圖像，實(shí)現(xiàn)了短波紫外調(diào)試工作，體現(xiàn)了調(diào)試試驗(yàn)與工藝的完備性。 主要技術(shù)指標(biāo)：觀察波段: 可見:400-700nm 紅外：8-12μm 紫外：100-380nm 焦距:277.3mm 口徑:75mm 角分辨率:1.9″線分辨率:2335.6km 半視場角:15.99′重量:2kg 尺寸：270×150×90mm
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 太陽對(duì)地球氣候，人類航空、航天、通訊、農(nóng)業(yè)等方面的活動(dòng)均具有影響。近年來，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，對(duì)太陽的研究跨進(jìn)了新時(shí)代。但紅外、紫外和可見光三波段用同一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)成像的太陽望遠(yuǎn)鏡仍屬技術(shù)空白。我們在我國登月計(jì)劃的影響下，選擇了這一科技前沿課題，以挑戰(zhàn)杯的精神迎接挑戰(zhàn)。 作品本著“原創(chuàng)性、可實(shí)現(xiàn)性、低成本”的原則，突出技術(shù)創(chuàng)新，以光學(xué)、機(jī)械知識(shí)為基礎(chǔ)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并裝調(diào)實(shí)現(xiàn)，提出利于月面工作的特殊設(shè)計(jì)思想。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn):一、前置光學(xué)系統(tǒng)采用雙反射式，避免了長波紅外用鍺和紫外光用石英玻璃材料的要求，僅用常規(guī)光學(xué)玻璃即可實(shí)現(xiàn)。二、兩塊反射鏡實(shí)現(xiàn)了對(duì)紫外、可見、長波紅外光的分光。三、考慮空間發(fā)射條件和月球平臺(tái)長期工作要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，體現(xiàn)了光學(xué)元件夾持固定一體化的理念，簡化了調(diào)整過程。 創(chuàng)新點(diǎn)：1.用一個(gè)前置光學(xué)系統(tǒng)滿足可見、紫外、長波紅外光成像要求。2.兩個(gè)反射鏡和可見光CCD探測器、紫外光CCD探測器、紅外熱探測器構(gòu)成了三波段分光系統(tǒng)。3.月球環(huán)境光信號(hào)源模擬器。將模擬器與望遠(yuǎn)鏡置入真空室，觀察可見、紫外、長波紅外光的圖像，實(shí)現(xiàn)了短波紫外調(diào)試工作，體現(xiàn)了調(diào)試試驗(yàn)與工藝的完備性。 主要技術(shù)指標(biāo)：觀察波段: 可見:400-700nm 紅外：8-12μm 紫外：100-380nm 焦距:277.3mm 口徑:75mm 角分辨率:1.9″ 空間分辨率:2335.6km 半視場角:15.99′ 重量:2kg 尺寸：270×150×90mm
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品在深入分析對(duì)日探測的需要的基礎(chǔ)上，選擇紫外、可見、紅外三個(gè)波段作為觀察波段；經(jīng)查閱國內(nèi)外參考文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)紅外、紫外和可見光共用一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)成像的太陽望遠(yuǎn)鏡仍屬技術(shù)空白，于是我們選擇這一科技前沿技術(shù)作為研究課題。經(jīng)過對(duì)地基、天基、月基觀察的優(yōu)缺點(diǎn)的比較，結(jié)合國家登月計(jì)劃，選擇月球作為平臺(tái)。 作品前置光學(xué)系統(tǒng)采用雙反射式，避免了遠(yuǎn)紅外用鍺材料和紫外光用石英玻璃材料的限制，僅用常規(guī)光學(xué)玻璃即可實(shí)現(xiàn)。利用兩片反射鏡和可見光CCD探測器、紫外CCD探測器、紅外熱探測器實(shí)現(xiàn)分光，對(duì)太陽紫外、可見、紅外三波段共孔徑成像。作品機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了光學(xué)元件夾持固定一體化的理念，體積小、重量輕、裝調(diào)簡便的優(yōu)點(diǎn)滿足月基要求。模擬試驗(yàn)利用真空環(huán)境模擬月基環(huán)境，利用光源和凹面反射鏡形成平行光模擬太陽，試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)反映月基環(huán)境下對(duì)日成像，并體現(xiàn)了測試方法、工藝的先進(jìn)性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入實(shí)地測試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 協(xié)商定
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片、視頻、樣機(jī)
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本作品定位于月基觀察，通過同一個(gè)前置光學(xué)系統(tǒng)對(duì)太陽的紫外、可見、紅外三波段進(jìn)行成像。多波段共孔徑的設(shè)計(jì)滿足了對(duì)日多個(gè)波段同時(shí)觀察的需要，獲得的信息全面、完整，雙反射式前置光學(xué)系統(tǒng)避免了紅外、紫外光學(xué)材料選擇和加工的困難。兩反射鏡和三種探測器構(gòu)成的分光系統(tǒng)將三種波段范圍的光線分離，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)波段共孔徑成像。月基設(shè)計(jì)避免了地球大氣對(duì)太陽光線的選擇性吸收和散射，保證能同時(shí)觀察到三波段所成像。模擬試驗(yàn)有力論證了作品進(jìn)行月基觀察的可行性。 本作品多波段共孔徑的設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)單波段或者多波段分離孔徑太陽望遠(yuǎn)鏡相比，三個(gè)波段信息相輔相成，更為全面、可靠。作品通過在多個(gè)波段對(duì)太陽成像，在預(yù)測太陽活動(dòng)、避免太陽活動(dòng)給地球和人類帶來的災(zāi)害方面具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)合理推廣利用，可以有效減弱太陽活動(dòng)爆發(fā)對(duì)國家航空航天、通訊等領(lǐng)域可能造成的重大損失，減輕人類健康受到的太陽活動(dòng)的傷害，具有重大的潛在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。作品稍作改變可用于對(duì)其他星體的多波段共孔徑成像，將推進(jìn)天文領(lǐng)域的多波段成像技術(shù)發(fā)展。
同類課題研究水平概述
- 二十世紀(jì)六十年代之前，太陽望遠(yuǎn)鏡均為地基望遠(yuǎn)鏡。由于地球大氣吸收和散射了大部分紫外和遠(yuǎn)紅外光線，對(duì)太陽觀測波段范圍限制在可見光和紅外波段。近五十年來，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，太陽望遠(yuǎn)鏡得以搭載在飛行器上遠(yuǎn)離地球大氣，對(duì)太陽成像波段范圍擴(kuò)展到包含紫外之內(nèi)的其他波段。 1960年3月，美國發(fā)射了世界上第一架探測太陽的飛行器Pioneer-5，標(biāo)志著太陽望遠(yuǎn)鏡由地基向天基轉(zhuǎn)變。隨后美國于1960年6月～1976年3月共發(fā)射成功10顆SOLRAD系列衛(wèi)星，對(duì)太陽X射線和紫外輻射進(jìn)行整個(gè)太陽活動(dòng)周的連續(xù)監(jiān)測和提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。1962年3月到1975年6月，美國發(fā)射了OSO系列衛(wèi)星，得到了遠(yuǎn)紫外太陽單色像。美國1973年5月發(fā)射的Skylab搭載了遠(yuǎn)紫外線和X射線照相儀，得到耀斑發(fā)展過程中不同時(shí)刻的圖像。美國1980年2月發(fā)射的SMM衛(wèi)星，搭載有X射線探測器，主要是進(jìn)行太陽活動(dòng)尤其是對(duì)耀斑的觀測。美國斯坦福大學(xué)和Livermore國家實(shí)驗(yàn)室研制的發(fā)射于1991年5月的MSSTA系列，搭載了紫外、X射線范圍的多個(gè)探測器。 隨著對(duì)太陽活動(dòng)認(rèn)識(shí)的深入，單純對(duì)紫外波段成像的望遠(yuǎn)鏡已無法滿足需求，對(duì)太陽多波段探測的飛行器逐步研制發(fā)射。歐洲航天局及美國太空總署共同研制的于1995年發(fā)射的SOHO，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽紫外、可見光成像。美國1998年發(fā)射的TRACE，前置光學(xué)系統(tǒng)采用卡塞格林系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽紫外四個(gè)波段的成像。由日本、美國和英國及歐洲其他國家聯(lián)合研制的SOLAR-B，對(duì)可見光、X射線、極紫外光成像。 中國太陽望遠(yuǎn)鏡發(fā)展起步較晚，但在近年迅猛發(fā)展。我國懷柔太陽觀測基地的多通道太陽望遠(yuǎn)鏡，由五個(gè)不同功能的望遠(yuǎn)鏡組成，同時(shí)用14個(gè)CCD接收，是我國獨(dú)創(chuàng)、世界唯一的，能同時(shí)測量太陽上不同層次、不同尺度視頻矢量磁場、速度場，以及通過光譜掃描獲得光譜線輪廓和Stokes參數(shù)輪廓的綜合望遠(yuǎn)鏡。中國、法國聯(lián)合研制的計(jì)劃于2013年發(fā)射的太陽爆發(fā)探測小衛(wèi)星，將首次通過遠(yuǎn)紅外線進(jìn)行太陽觀測，還將對(duì)紫外日面成像和紫外近日冕成像、遠(yuǎn)紅外日面成像。 可見，國內(nèi)外同類課題的研究水平尚存不足：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽多波段成像，只能通過多個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)太陽多個(gè)波段一一成像，不能實(shí)現(xiàn)多波段共孔徑成像。對(duì)太陽紫外、可見、紅外三波段共孔徑成像技術(shù)尚屬空白。我們的作品，從設(shè)計(jì)思想和技術(shù)上彌補(bǔ)了這一不足。
