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系外行星成像星冕仪振动夹具设计与试验分析

环境技术 2024年第1期42卷 151-158,170页

作者：郭伟许明明孔令一窦江培中国科学院南京天文光学技术研究所南京210042 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 南京210042

为设计满足巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪振动试验要求的夹具,对初步设计的振动夹具进行模态仿真分析。根据分析结果,识别夹具薄弱环节,并对振动夹具进行改进设计。通过分析计算,改进后的夹具满足设计固有频率要求。并对其进行正弦... 详细信息

为设计满足巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪振动试验要求的夹具,对初步设计的振动夹具进行模态仿真分析。根据分析结果,识别夹具薄弱环节,并对振动夹具进行改进设计。通过分析计算,改进后的夹具满足设计固有频率要求。并对其进行正弦振动和随机振动动力学分析。将夹具在振动台上进行正弦扫频试验,验证设计合理性。夹具的仿真一阶模态结果342.6Hz,其振动试验结果一阶模态为329Hz。振动夹具一阶固有频率的试验结果与仿真计算误差约为4%,误差合理。试验验证了仿真计算结果的正确性。实现了振动夹具的基频大于试验件3倍的目标,振动夹具设计合理。满足巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪力学环境试验使用。

关键词：夹具设计模态分析正弦振动随机振动振动试验

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空间系外行星探测与研究进展

空间科学学报 2024年第1期44卷 5-18页

作者：周济林谢基伟葛健季江徽窦江培东苏勃刘慧根王炜郭建恒余聪白雪宁冯发波刘倍贝南京大学天文与空间科学学院南京210023 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院紫金山天文台南京210023 中国科学院南京天文光学技术研究所南京210042 北京大学物理学院天文学系北京100871 中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院云南天文台昆明650011 中山大学物理与天文学院珠海519082 清华大学天文系北京 100084 上海交通大学李政道研究所上海201210 浙江大学物理学院杭州310030

系外行星学科是近30年来迅速发展起来的一门新兴学科.其主要研究内容和目标包括,通过发展各种探测技术探测太阳系外行星,分析行星轨道、成分、大气性质,评估行星的宜居性,统计行星的分布规律,从理论和观测上揭示行星系统的形成和动力学... 详细信息

系外行星学科是近30年来迅速发展起来的一门新兴学科.其主要研究内容和目标包括,通过发展各种探测技术探测太阳系外行星,分析行星轨道、成分、大气性质,评估行星的宜居性,统计行星的分布规律,从理论和观测上揭示行星系统的形成和动力学演化机制.系外行星的研究对于回答宇宙中是否存在其他生命以及人类在宇宙中的地位和意义等问题具有重要意义.随着21世纪空间探测技术的发展,系外行星的研究进入了崭新及快速的发展阶段.本文分析了系外行星研究领域的发展态势,凝练中国在系外行星未来空间探测发展的重点领域,优化学科布局,以推进系外行星研究的快速稳步发展.

关键词：系外行星发展动态战略规划

基于焦面复制方法的自适应光学系统静态像差校正技术

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中国光学 2022年第3期15卷 545-551页

作者：张天宇王钢张熙窦江培中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所南京210042 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 南京210042 中国科学院大学北京100049

限制自适应光学(Adaptive Optics,AO)系统表现的一个关键因素是由波前传感器所在路径和科学成像路径之间差异引起的非共光路像差(Non-Common Path Aberration,NCPA),同时AO系统共光路部分也会不可避免地引入静态像差。为此,本文提出了... 详细信息

限制自适应光学(Adaptive Optics,AO)系统表现的一个关键因素是由波前传感器所在路径和科学成像路径之间差异引起的非共光路像差(Non-Common Path Aberration,NCPA),同时AO系统共光路部分也会不可避免地引入静态像差。为此,本文提出了一种基于焦面点扩散函数(Point Spread Function,PSF)复制的技术,用于校正AO系统中的静态像差。此技术利用点光源产生的PSF图像作为参考图像,通过迭代优化算法控制可变形镜改变其面型,将参考PSF图像复制到AO系统科学成像路径。实验结果表明,校正后的斯特列尔比(Strehl Ratio,SR)从初始的0.312提高到0.995。此技术可以稳定、快速地获得全局校正结果,特别是在系统具有较大的初始静态像差时。

关键词：自适应光学像差校正高对比度成像

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星冕仪制冷机黏弹性隔振平台的非线性振动建模分析

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航天器环境工程 2023年第4期40卷 349-355页

作者：张宏刘宝禄许明明窦江培中国科学院南京天文光学技术研究所南京210042 中国科学院天文光学技术重点实验室南京210042 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

中国空间站巡天望远镜(CSST)中的星冕仪模块能够实现系外行星直接成像,然而在轨运行期间其运动模块会产生微振动扰动而导致图像质量下降。文章针对航天载荷常用隔振系统进行非线性建模分析,针对黏弹性材料的Kelvin-Voigt模型进行非线性... 详细信息

中国空间站巡天望远镜(CSST)中的星冕仪模块能够实现系外行星直接成像,然而在轨运行期间其运动模块会产生微振动扰动而导致图像质量下降。文章针对航天载荷常用隔振系统进行非线性建模分析,针对黏弹性材料的Kelvin-Voigt模型进行非线性扩展,通过三阶谐波平衡法对本构方程求解。以微分形式建立了非线性Kelvin-Voigt模型的振动运动方程,对类似的设计假设以及工程应用提供了理论依据;模型分析结果表明,扩展后的非线性实体模型有效补充了非线弹性的微振动隔振系统设计理论,有助于提高工程设计的数据精度。

关键词：星冕仪巡天望远镜非线性振动 Kelvin-Voigt模型

基于橡胶隔振器的脉冲管制冷机微振动抑制研究

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航天器环境工程 2023年第5期40卷 501-508页

作者：刘宝禄张宏许明明窦江培郭伟中国科学院南京天文光学技术研究所中国科学院天文光学技术重点实验室南京210042 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

着眼于降低某航天器敏感载荷的微振动影响,重点探究了橡胶隔振器对载荷内部脉冲管制冷机的微振动抑制效果。首先对制冷机的微振源特性展开分析;其次结合敏感载荷的隔振需求,确定采取被动隔振的方案,并对橡胶隔振器的特性进行了准静态测... 详细信息

着眼于降低某航天器敏感载荷的微振动影响,重点探究了橡胶隔振器对载荷内部脉冲管制冷机的微振动抑制效果。首先对制冷机的微振源特性展开分析;其次结合敏感载荷的隔振需求,确定采取被动隔振的方案,并对橡胶隔振器的特性进行了准静态测试和扫频试验验证;对隔振系统进行了主动段发射条件下的力学承载性试验和常温下的微振动衰减试验,最终筛选出同时兼顾主动段和在轨工作段需求的橡胶隔振器。试验结果表明:装配有隔振系统的制冷机组件能够承受住主动段发射冲击,结构稳定性高,微振动衰减效能达34.12 dB,满足>24 dB的预期要求。研究结果可为制冷机微振动抑制提供技术参考,优化后续的整体设计。

关键词：微振动抑制航天器敏感载荷脉冲管制冷机橡胶隔振器

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基于直接成像法的多星系统观测

天文学报 2022年第1期63卷 79-88页

作者：陈祎力朱永田赵刚窦江培中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所南京210042 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 南京210042 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

系外行星直接成像探测能够获取系外行星更全面的物理信息,是未来搜寻系外生命的关键技术之一.针对近期地基望远镜高对比度成像观测数据,对新发现的多星候选体进行系统展示.前期,结合地基系外行星高对比度成像设备观测能力,从已发表文献... 详细信息

系外行星直接成像探测能够获取系外行星更全面的物理信息,是未来搜寻系外生命的关键技术之一.针对近期地基望远镜高对比度成像观测数据,对新发现的多星候选体进行系统展示.前期,结合地基系外行星高对比度成像设备观测能力,从已发表文献整理的Gaia星表恒星数据中筛选,得到约1000个观测目标.这些目标分布于不同的年轻星团中.近期,使用Palomar天文台Hale望远镜对上述观测目标中的42个目标在K波段开展了高对比度成像观测.这些目标恒星在可见光波段为7.5-14.2019年经过两轮观测,发现了6个多星系统候选体,这些目标在Gaia Data Release 2星表和Gaia early Data Release 3星表中难以确认是单星还是多星系统.

关键词：双星:成像红外:恒星方法:观测

系外行星成像星冕仪模块光学基板结构优化设计与分析

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航天器环境工程 2023年第6期40卷 663-668页

作者：许明明郭伟孔令一窦江培朱永田陈博刘宝禄中国科学院南京天文光学技术研究所南京天文光学技术研究所中国科学院天文光学技术重点实验室南京210042 中国科学院大学北京100049

为确保星冕仪的成像性能,文章针对中国空间站巡天空间望远镜(CSST)系外行星成像星冕仪(CPI-C)的光学基板结构进行优化设计与分析。首先,通过数值仿真分析方法获取光学基板的最优结构设计方案;然后,对优化设计方案进行动力学性能仿真分... 详细信息

为确保星冕仪的成像性能,文章针对中国空间站巡天空间望远镜(CSST)系外行星成像星冕仪(CPI-C)的光学基板结构进行优化设计与分析。首先,通过数值仿真分析方法获取光学基板的最优结构设计方案;然后,对优化设计方案进行动力学性能仿真分析评估;最后,对试验工装夹具进行设计,并试验测试加工完成的光学基板的力学性能。结果显示:优化后的光学基板重8.6 kg,轻量化率为70.19%,一阶固有频率为322.46 Hz;试验工装和光学基板耦合后的一阶固有频率为269.63 Hz(>150 Hz)。以上表明光学基板的性能满足设计指标要求,能够用于CPI-C模块。

关键词：巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪光学支撑基板结构优化设计

太阳系外行星全区域高对比度成像设计与数值模拟

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天文研究与技术 2020年第1期17卷 68-75页

作者：沈宇樑窦江培中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所江苏南京210042 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 南京210042 中国科学院大学北京100049

太阳系外类地行星直接成像探测极具挑战性。在可见光短波段,行星信号主要来自恒星经由行星大气的反射光,两者对比度在10^-10量级,导致微弱的系外行星光被淹没。因此,有效抑制来自恒星的强光是实现类地行星探测的关键。提出了基于光瞳振... 详细信息

太阳系外类地行星直接成像探测极具挑战性。在可见光短波段,行星信号主要来自恒星经由行星大气的反射光,两者对比度在10^-10量级,导致微弱的系外行星光被淹没。因此,有效抑制来自恒星的强光是实现类地行星探测的关键。提出了基于光瞳振幅调制和相位校正的技术方案,以实现全区域高对比度成像。针对上述方案,进行了数值模拟分析,说明其可行性及潜在性能。数值模拟基于点扩散函数的能量分布,评价系统的目标成像对比度,并采用随机并行梯度下降迭代算法进行优化,最终成像对比度在360°全区域内达到10-10量级。研究表明,该方案有望用于未来空间类地行星直接成像探测。

关键词：太阳系外行星类地行星直接成像高对比度数值模拟优化算法

受限回程链路下无人机辅助MEC的空地能耗折中

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 142-148页

作者：李安窦邵婷南昌大学信息工程学院江西南昌330031

针对无人机(UAV)辅助的移动边缘计算(MEC)网络中无人机的能耗和地面用户的能耗的矛盾关系,研究了受限回程链路下的UAV辅助的MEC网络的空地能耗折中问题,同时考虑到无人机的能耗与地面用户的能耗通常相差几个数量级,引入放大因子兼顾地... 详细信息

针对无人机(UAV)辅助的移动边缘计算(MEC)网络中无人机的能耗和地面用户的能耗的矛盾关系,研究了受限回程链路下的UAV辅助的MEC网络的空地能耗折中问题,同时考虑到无人机的能耗与地面用户的能耗通常相差几个数量级,引入放大因子兼顾地面用户能耗.通过联合优化计算任务分配、GUs发射功率、GUs卸载时间和无人机轨迹,以最小化加权总能耗,可以表示空地能耗之间的权衡关系.由于所提出问题的非凸性使其难以优化,提出了一种基于块坐标下降法和连续凸近似技术的两阶段交替迭代优化算法得到该问题的次优解.仿真实验结果验证了所提出的方案在兼顾公平性条件下刻画了无人机能耗和用户能耗之间的折中关系,并在降低总能耗方面优于其他基准方案.

关键词：无人机辅助的移动边缘计算受限回程链路空地能耗折中计算资源分配轨迹优化

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