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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

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星冕仪模块光机热集成仿真分析与试验研究

空间科学与试验学报 2024年第2期1卷 74-79页

作者：许明明江舒王钢窦江培刘宝禄孔令一郭伟朱永田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 中国科学院大学北京100049

针对巡天望远镜星冕仪模块光机系统进行集成仿真分析和试验研究,首先根据星冕仪模块热边界仿真分析光机系统热温度场分布;其次,将热温度场映射到光机系统中,利用有限元方法分析在此温度场映射下镜面形变;再次,提取各镜面节点数据拟合镜... 详细信息

针对巡天望远镜星冕仪模块光机系统进行集成仿真分析和试验研究,首先根据星冕仪模块热边界仿真分析光机系统热温度场分布;其次,将热温度场映射到光机系统中,利用有限元方法分析在此温度场映射下镜面形变;再次,提取各镜面节点数据拟合镜面的刚体平移量和Zernike多项式系数,分别导入Zemax光学方案,分析温度场对光学系统影响,从而实现光机热集成仿真分析的完整过程;最后,通过试验研究最终方案在主动热控方案下光学性能。集成仿真结果显示,在主动温控载荷条件下,其波前畸变RMS值变化小于千分之一;试验测试结果显示,其波前畸变RMS值为1/25波长,满足指标优于1/20波长的设计要求。

关键词：巡天空间望远镜系外行星成像光机集成仿真 Zernike多项式

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

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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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

Focal plane wave-front sensing algorithm for high-contrast imaging

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Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2009年第8期52卷 1284-1288页

作者： dou jiangpei1,2,3,REN DeQing1,2,4,ZHU YongTian1,2 & ZHANG Xi1,2,3 1 National Astronomical Observatories/Nanjing Institute of Astronomical Optics & Technology,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210042,China 2 Key Laboratory of Astronomical Optics & Technology,Nanjing Institute of Astronomical Optics & Technology,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210042,China 3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China 4 Physics & Astronomy Department,California State University Northridge,18111 Nordhoff Street,Northridge,California 91330-8268,USA National Astronomical Observatories/Nanjing Institute of Astronomical Optics & Technology Chinese Academy of Sciences Nanjing China Key Laboratory of Astronomical Optics & Technology Nanjing Institute of Astronomical Optics & Technology Chinese Academy of Sciences Nanjing China Graduate University of Chinese Academy of Sciences Beijing China Physics & Astronomy Department California State University Northridge Northridge USA

High-contrast imaging provided by a coronagraph is critical for the direction imaging of the Earth-like planet orbiting its bright parent star.A major limitation for such direct imaging is the speckle noise that is induced from the wave-front error of an optical *** derive an algorithm for the wave-front measurement directly from 3 focal plane *** 3 images are achieved through a deformable mirror to provide specific phases for the optics *** introduce an extra amplitude modulation on one deformable mirror configuration to create an uncorrelated wave-front,which is a critical procedure for wave-front *** simulation shows that the reconstructed wave-front is consistent with the original wave-front theoretically,which indicates that such an algorithm is a promising technique for the wave-front measurement for the high-contrast imaging.

关键词： high-contrast imaging multi-image algorithm speckle nulling technique wave-front sensing