《空间引力波探测望远镜系统技术初步分析》

  • 来源专题:空间引力波探测领域
  • 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2021-03-17
  • 为探测到 0. 1 mHz~1 Hz频段的引力波,天琴、LISA、太极等空间引力波探测器编队 (或星座) 需在几十万到几百万公里量级的臂长上,实现pm级精度的测量。因此直接作为星间干涉测量光路一部分的望远镜面临巨大的技术挑战。空间引力波探测望远镜有超高精度和超高稳定性的特点。本文以LISA引力波探测器望远镜为研究对象,根据星间激光干涉测量核心指标10 pm/ Hz1/2@0. 1 mHz~1 Hz的要求和引力波探测的实际需求,分析了望远镜的光学设计方案。在设计基础上,就材料选择、光学加工、装调及杂散光抑制等方面进行了分析和探讨,为后续望远镜的研制提供了参考依据。

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    • 引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一,与引力波的地面探测相比,引力波的空间探测能够探测更丰富的波源和更遥远的目标,具有重大的科学价值。空间引力波探测带来了空前的技术挑战,对航天器系统和平台提出了极高的技术指标要求,传统的卫星平台难以满足任务需求,必须设计开发新的平台,并突破诸多关键技术。本文对空间引力波探测航天器总体和平台设计面临的挑战、主要的设计约束条件进行了分析,提出了天琴引力波探测航天器的总体方案设想和初步的构型布局方案,对航天器平台所涉及的关键技术进行了梳理,并对后续解决途径提出了建议。
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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
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    • 针对空间引力波望远镜主反射镜系统的结构及支撑组件进行了设计与优化。主反射镜运用了侧面 3 点支撑对镜体进行约束,并对支撑点的选取与布局进行了研究。反射镜采用能够实现较大弯曲刚度的背部钻孔式半封闭构型,通过有限元计算结合多目标遗传算法对反射镜轻量化结构进行了参数优化,在不降低面形精度的条件下使镜体结构轻量化率达到 74%。设计了一种由两个无阻隔串联式柔度单元组合而成的可调节双轴连杆型 Bipod 柔性铰链结构,其可对反射镜面形误差进行补偿。建立了柔性铰链并联机构作用于反射镜的数学模型,对其进行了基于MATLAB 的参数取值分析,并通过有限元方法完成了对参数取值的修正。最后进行了空间热载荷条件下的反射镜面形分析,结果表明反射镜面形误差优于 λ/60,满足设计要求。