Diseño y prueba de un mecanismo de ajuste bidimensional para la cámara espacial de campo ancho que enfoca el espejo

Área de la Ciencia:

• Ingeniería óptica Ingeniería óptica.
• Ingeniería Mecánica Ingeniería Mecánica.
• Ingeniería Aeroespacial Ingeniería Aeroespacial.

Sus antecedentes:

• Las cámaras ópticas de campo ancho basadas en el espacio requieren mecanismos de enfoque precisos.
• Los diseños existentes pueden no cumplir con la exigente precisión y estabilidad ambiental necesarias para aplicaciones espaciales.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y validar un mecanismo de ajuste bidimensional para un conjunto de espejo de enfoque (FMA) en cámaras espaciales de amplio campo.
• Para garantizar que el mecanismo cumpla con los requisitos para el ajuste del desenfoque y la inclinación, la precisión de la superficie y la rigidez estructural.

Principales métodos:

• Se diseñó y optimizó una estructura de conexión flexible utilizando el Diseño de Experimentos (DOE).
• El análisis de elementos finitos (FEA) se utilizó para simular la precisión de la superficie y la frecuencia fundamental.
• Para las pruebas se desarrolló un sistema de control basado en ZYNQ y una plataforma de prueba cinemática.

Principales resultados:

• El mecanismo logró valores de RMS superiores a 1/80λ en varias condiciones (máximo 6.393nm).
• La frecuencia fundamental alcanzó 216Hz con factores de amplificación de vibración por debajo de 5.
• Las precisiones de posicionamiento para el desenfoque (5μm traducción) y la inclinación (1,5 minutos de arco) cumplieron o superaron los requisitos.

Conclusiones:

• La estructura de conexión flexible garantiza la precisión de la superficie del espejo durante los ajustes de inclinación.
• El mecanismo diseñado y su sistema de control cumplen con los estrictos requisitos para cámaras espaciales de amplio campo.
• El mecanismo compensa efectivamente las aberraciones del sistema óptico, garantizando una alta calidad de imagen (MTF > 0,5) con una vida útil superior a 1500 ciclos.