题目：新一代空间望远镜主反射镜可展开机构的研究

新一代空间望远镜（Next Generation Space Telescope，NGST）是以追溯宇宙起源为主要任务的大型空间望远镜。由美国宇航局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）、欧空局（European Space Agency，ESA）和加拿大空间局（Canadian Space Agency，CSA）合作研制。本文从NGST主反射镜的主支撑架及实现其主动控制的微调装置两个方面着手，对NGST主反射镜可展开机构进行了研究。本文首先对国内外大型可展开机构在太阳电池阵、卫星天线、空间望远镜主反射镜等航天领域中的研究现状进行分析比较，以此为基础提出了直骨伞式可展开方案及弦折式可展开方案，并以弦折式可展开方案为对象进行机构设计与研究。根据空间机构运动过程中的几何等同性，利用方向余弦矩阵方法对机构进行运动学分析，并以机构的传力特性及展开过程中的运动平稳性为准则，结合运动仿真软件MSC.Adams对机构进行优化设计，完成机构的建模。对可展开机构主支撑架的力学模型进行模态分析，求出支撑架结构的固有频率，表明所设计的支撑架结构具有较好的振动特性，也为其进一步的动力学分析提供了参考和依据。为了补偿大气湍流等动态干扰引起的镜面变形，对设置在镜面上的若干触动点施加位移，可以主动地补偿镜面的面形变化，从而使主镜获得良好的光学精度。本文运用薄壳问题的有限元方法对反射镜面形的主动调整技术进行研究，利用MSC.Nastran求解了几组触动点在不同分布下镜面的变形及影响函数，在此基础上根据镜面调整的光学要求，通过对触动点位移引起的镜面变形进行分析，得到了触动点的最佳分布方式。最后，在分析研究传统的机械式及机械组合式微位移装置及新型材料式微位移装置的基础上，设计出了一种实现镜面变形的主动调整的微调装置。提出了对于机构展开精度和展开后机构稳定性影响较大的主支撑架锁定装置的设计方案。NGST主反射镜可展开机构的研究在国外已经取得了一定的成果，在国内尚处于起步阶段。本文系统地对NGST主反射镜可展开机构进行了研究，并提出了具体的设计方案，对于我国进行NGST及更大口径空间望远镜的研制具有一定的意义。