http://www.ylsnuha.com
 

English

主页

关于我们

产品

新闻动态

人力资源

联系我们

 

天基光学正在起飞

随着市场的发展,客户需求的变化和对产品需求加剧,天基光学令人激动的时刻即将来临

光学技术的进步,更高效的制造工艺,具有创新精神的科学家和思想,他们结合在一起,正将光学工业推动到一个新的高度,与此同时,对创新光学技术的需求正在增长

“精密光学工业支持天基光学应用是一个令人激动的时刻”,位于弗吉尼亚州麦克莱恩市(McLean)的Exelis公司的光学制造和测试工程经理 ,总工程师及精密光学战略师Ted Mooney说。Exelis公司最近被哈里斯(Harris)公司收购 。除了这种重大意义的创新机遇外,由于不断变化的市场需求和使能技术的结合,空间精密光学工业将会在未来的几年迎来持续的增长

在过去的十年中,数控技术的发展提高了高精密光学零件的制造和技术。Michael Kaplan 是科罗拉多博尔德的Ball 航空航天与技术公司(Ball Aerospace & Technologies Corp.)的光学与探测器工程顾问,他发现在光学传感器技术上的进步提高了数控加工和抛光测量能力。

Ball Aerospace负责设计、制造、集成和测试JWST(詹姆斯.韦伯太空望远镜)的开创性光学系统(图请见原文)

计算技术的进步已经使更加详细和更加具体的设计和分析预测成为可能,这些改进也使新的并且日益复杂的光学系统成为可能,例如自由曲面光学,轻巧但有韧度的光学基体。光学加工步骤中,计算仪器带来了仪器行业的发展,仪器可以高度校准,从而获得更好的光学表面质量。

Kaplan说:“成品的光学表面精度有了显著提高,典型的高性能表面要求已从过去的<λ/10 rms(最佳视觉极限)提高到目前的λ/100 rms。”

独有的加工工艺用于低热膨胀材料创建超轻的反射镜结构。(图请见原文)

在过去的几十年里,光学工业和计算与传感工业并行发展,使包括干涉仪、轮廓仪 、激光追踪器和相位测量显微镜在内的光学计量系统得到发展。为大型数据采集制造的光学测量可以快速准确地缩小,从而为加工过程提供反馈。

制造工具和技术,先进的光学设计代码和优秀的思考者的组合,可以创造新的、使能的光学设计和系统能力。为了提高天基光学系统的性能或减小天基光学系统的尺寸和重量,自由曲面光学的进步是一个增长的趋势,Ball 航空技术公司首席光学工程师Kevin Whiteaker博士说。

现代光学工具允许更多地使用系统设计工艺。传统教育传授非常基础的光学定义、以及设计特点及设计特点对像差和封装影响的相互作用。今天,教育正在提供这样的技能和知识,与此同时,先进的计算平台使得科学家和研究人员可以使用更有效的设计流程。像SPIE和类似组织提供的研讨会和培训计划,正推动其专业的发展

Larkin CareyBall 航空公司的光学工程师,正在检查JWST(詹姆斯.韦伯太空望远镜上的主反射装配(图请见原文)

自由曲面光学允许设计者优化他们的系统以降低成本、缩短进度和提高性能。

Mooney说:“作为光学设计人员和制造者将继续学习如何利用这些能力,在未来的几年里,我们会看到许多有重要意义的改进 ”。

Whiteaker说,包括创始成员Ball 航空航天与技术公司,纽约罗切斯特大学及夏洛特北卡罗来纳大学的合作研究中心美国国家科学基金会自由光学曲面组织(The National Science Foundation’s Center for Freeform Optics (CeFO) ) 正在推进自由曲面光学以将自由曲面光学的设计工具,制造能力和成本发展到和今天轴对称非球面光学的水平

Ball航空航天公司光学技术员检查JWST主反射镜段的24克拉黄金抛光面。JWST一旦进入轨道,它的波前传感器和控制软件就会计算每个镜的最佳位置然后调整位置纠正所有错误。(图请见原文)

他说:“在地球遥感市场上,这将满足为了紧凑的空间系统应用在今天大型飞行器上类似高性能系统的趋势 。”通过采用分段和开口孔径,使材料嵌入,精密复制技术,和初步研究增材制造技术的利用,这些显著的改进也发生在光学元件上。

对于空间传感器而言,大口径薄膜衍射光学元件、三维空间激光通信和大气激光远程检测正看到相应领域的新进展,尽管他们还没有准备好进入市场。Whiteaker说:“这是 一项光学的创新领域,它拥有着一段历史悠久的研究和发展,但仍有大量的工作需要推动这项技术。

精密光学

詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)是一个大型的用于光学反射镜的红外望远镜,由美国航空航天局(NASA)、欧洲空间局(ESA)和加拿大航天局(CSA)联合开发,预计在2018年发射。这种诸如詹姆斯·韦伯太空望远镜的空间投资展示了空间精密光学技术实质性的进展

其中詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的一部分,由18个主镜中的6个安装在热真空结构上,这6个主镜将运到阿 位于拉巴马州汉斯维尔的美国航空航天局马歇尔太空飞行中心 进行组装。(图请见原文)

Mooney说:“这标志着空间成像功能的一个重大进展”。 随着最近小型卫星成像能力的需求量的增加也推动了创新,该创新针对经济实惠,快速部署太空望远镜功能。

Exelis公司和贝尔航天公司参与到JWST项目中。Exelis公司将整合JWST上的组件以构成光学望远镜系统,该望远镜将要收集光和拍摄深空清晰图像,并在低温环境下进行光学测试,以确保所述光学望远镜元件正常工作。贝尔航天已经掌握了望远镜核心部位的技术和反射镜系统,并负责设计、制造、集成和测试,测试包括光学系统、主镜、二级镜、三级镜及精密转向镜。

地基光学项目也即将兴起。特别是其中的大型综合巡天望远镜(Large Synoptic Survey Telescope, LSST),预计将在2022年全面投入 使用。一个直径为8.4米的望远镜,通过运用三十亿像素的数码相机将每周深入探测整个可见天空的多种颜色。探测结果是诸如超新星爆炸和近地小行星等改变或迅速移动物体的类似电影的窗口

先进的反射镜系统填补空白,它由键合到前板和后板19块超轻铁心段组成,用于创建低热膨胀材料超轻镜结构。

集光口径为30米的望远镜 (TMT),目前来自世界各地的科学家在加利福尼亚州的TMT国际天文台项目办公室开发它,预计在2020年代中期完成,它将成为地球上最先进和最强大的光学望远镜。它应该促使天文学家研究以太阳系和恒星,以及邻近的星系为目标,从根本 意义上讲,它代表了当前精密光学行业显著的需求。欧洲超大望远镜(E-ELT),预计于2024由总部设在德国的欧洲南方天文台完成,这种超大望远镜是另一种创新 的地基光学项目。拥有一个39米的主镜,它被世界上最大的光学和近红外望远镜。

制造和生产

Kaplan说,太空产品的发展趋势和技术进步正带来更小批量和更快捷的解决方案,以支持小尺度像素,降低成本,缩短的开发和生产周期,以及更大视角和衍射极限分辨率以支持用于非球面和自由曲面及其他组件的密集像素探测器

为了美国宇航局的新兴任务,The Ralph Instruments将在Ball Aerospace进行最终装配。拉尔夫仅使用了约七瓦的功率(同标准功率的小灯泡),将在2015年7月捕捉到冥王星的第一次图像(图请见原文)

设计和生产时间表的显著改进正使得更快的加工步骤成为可能。另一个时间改进的领域是增材制造镜面基体(而不是机加工,研磨,成形组装和模塑),增材制造镜面基体是“一种未来的、生气勃勃的工艺,尽管其表面仍将使用传统的方法来加工”,Kaplan说。

许多开发商和制造商正在寻求最佳的解决方案来平衡成本、 进度和性能。商业太空项目的总体数量不断增加,将推动光学性能的提升。创新机会不但推动系统的性能,而且可以创新技术,而技术的创新可以显著地降低成本和加快生产进度,同时仍然能够提供高品质的性能Mooney说。

资助

针对航空航天的空间及相关光学,政府资助是关键,位 于弗吉尼亚州麦克莱恩的Exelis公司光学制造和测试工程经理、总工程师、精密光学技术战略师Ted Mooney说 。由于不确定联邦层面上的资金预算,美国国家研究委员会呼吁关于仪器仪表和数据管理功能的改善意见,同时协调联邦政府和私人合作伙伴,更好地定位美国地基光学和红外天文系统 ,以满足长远的科学目标。由委员会提出的一份新报告呼吁政府继续为天文学家的培训和望远镜的建设投入资金。委员会还建议,美国国家科学基金会继续投资研发大量的关键仪器的技术,如自适应光学和主动光学。报告称,在未来美国国家科学基金会会计划投资建立一个或者两个超大的分段反射望远镜(the giant segmented-mirror telescopes, GSMTs),预计在未来10年之内开始运作。这些望远镜将用于探索行星形成的物理,黑洞的生长及第一星系的出现

 文章编译自Space-Based Optics Are Taking Off, 由无锡奥普顿光电子有限公司翻译,原文发表于20157月。

返回新闻动态

版权所有,无锡奥普顿光电子有限公司,http://www.edphoton.com