大口徑太陽望遠鏡主焦面組件制造技術

本實用新型專利技術涉及一種大口徑太陽望遠鏡主焦面組件。本實用新型專利技術包括熱管與視場光闌，熱管呈倒錐形，熱管的上端開有冷卻液入口，冷卻液在重力的作用下從熱管的下端的冷卻液出口排出，所述的熱管在高度方向上有多段，每段構成環形腔，相鄰環形腔之間連通；所述的視場光闌位于熱管底部，其截面呈橢圓形，視場光闌中的光闌擋板與熱管底端的形狀吻合，視場光闌的光通道貫穿熱管，其位于熱管底端的為通光入口，位于熱管定端的為通光出口。本實用新型專利技術實現了精確小視場的控制、大密度熱流排散的功能集成，順應了太陽望遠鏡發展過程中有效視場不斷減小、成像口徑不斷增大的實際需求。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種大口徑太陽望遠鏡主焦面組件。
技術介紹
不斷提高圖像的空間分辨率成為目前太陽望遠鏡發展的主要趨勢。為獲取高空間分辨率的圖像，光學系統的主反射鏡的口徑不斷增大（一般大于1m）、成像視場不斷減小（一般達到3ˊ）。然而，大口徑太陽望遠鏡直接對日成像過程中，主焦面視場光闌在設計過程中出現的兩大問題成為制約光學系統獲取高質量成像目標的主要因素： （1）通過主反射鏡聚焦到焦面處視場光闌上的太陽光熱量極高，例如口徑為1m的主反射鏡聚焦到焦面的熱量可超過千瓦。主焦面處大密度熱流的排散一直成為熱控設計的難點，熱流排散的效果將直接影響主焦面的溫度水平，進而制約光學系統獲取高空間分辨率圖像的性能。 （2）為獲取高性噪比圖像，主焦面處視場光闌需要嚴格控制成像視場。太陽全日面視場為32ˊ，視場光闌控制3ˊ視場的通光孔徑尺寸一般約為3mm×3mm。主焦面處視場光闌的設計一直是光學系統設計的重點，通光孔徑的幾何精度將直接影響光學系統內雜散光水平，進而影響光學系統獲取高性噪比圖像的性能。 以上兩個問題在以往的望遠鏡系統設計過程中，分別屬于熱控設計與消雜散光設計的范疇，兩者是獨立分離的。然而在大口徑太陽望遠鏡的設計過程中發現上述兩大問題并不是完全相互獨立的，而且也很難獨立解決。主要原因在于： （1）視場光闌攔截的雜散光是帶有巨大熱量的太陽光，積聚在視場光闌會形成大密度的熱流、引起結構的熱變形，極易影響視場光闌通光孔徑的精度，進而降低視場光闌制約視場外的雜散光進入后續光學系統的能力。 （2）視場光闌攔截的雜散光攜帶巨大的熱量，造成視場光闌的溫度水平超標，影響光學元件溫度梯度的分布情況，進而破壞光學系統嚴格控制各個光學元件的熱控目標。 在大口徑太陽望遠鏡系統中，視場光闌攔截的太陽光成為主要熱源與雜散光源，具有不可忽視的熱效應與雜散光效應，成為熱控設計與消雜散光設計的共同抑制目標。因此，該視場光闌結構應兼具散熱功能與消雜散光功能。 目前，大部分太陽望遠鏡主反射鏡焦面的熱量排散依靠視場光闌背部配置的具有大容量的循環冷卻系統，但是普遍存在溫控精度差、結構龐大的缺點，無法滿足高精度太陽望遠鏡、空間太陽望遠鏡的需求。
技術實現思路
本技術主要解決大口徑太陽望遠鏡小視場觀測時主焦面處熱流與雜散光積聚的技術問題，提供了一種大口徑太陽望遠鏡主焦面組件。 本技術包括熱管與視場光闌，熱管呈倒錐形，熱管的上端開有冷卻液入口，冷卻液在重力的作用下從熱管的下端的冷卻液出口排出，所述的熱管在高度方向上有多段，每段構成環形腔，相鄰環形腔之間連通； 所述的視場光闌位于熱管底部，其截面呈橢圓形，視場光闌中的光闌擋板與熱管底端的形狀吻合，視場光闌的光通道貫穿熱管，其位于熱管底端的為通光入口，位于熱管定端的為通光出口。 本技術的有益效果在于： 焦面組件將目前主焦面處的散熱系統、視場光闌系統集成為一體，實現了精確小視場的控制、大密度熱流排散的功能集成，順應了太陽望遠鏡發展過程中有效視場不斷減小、成像口徑不斷增大的實際需求。 焦面組件設計過程中將傳統熱設計、消雜散光設計方法有機結合，重點解決熱設計與消雜散光設計過程中兩大交叉因素幾何特性、表面光學特性的兼容設計，避免大口徑太陽望遠鏡主焦面結構在傳統設計方法中出現的矛盾與制約。 對于空基式太陽望遠鏡，該設計方法的焦面組件將主焦面的視場光闌結構、散熱系統進行了集成，結構緊湊，便于裝備，適應于空間光學系統的重量輕、結構小的特殊需求。 附圖說明 圖1為本技術的結構示意圖。 具體實施方式 下面結合附圖和實施例對本技術進一步說明。 如圖1所示，一種兼具控制視場與迅速散熱的焦面組件包括通光入口1、散冷卻液存儲腔2、冷卻液入口3、通光出口4、冷卻液出口5和光闌擋板6。 焦面組件將放置在太陽望遠鏡主反射鏡焦面位置，即通光入口1的中心位置與望遠鏡主光路焦點重合。經過主反射鏡聚焦到焦點的太陽光，其中有效視場內的成像光將經過通光入口進入焦面組件，并從焦面組件后端（通光出口4）離開，進入后續矯正光學元件（如：偏振片）。有效視場外的非成像光線將被焦面組件前端的6（光闌擋板）攔截而無法進入后續的光學元件，從而保證了光學成像的質量。焦面組件結構為中空型，內部填充冷卻液。冷卻液從上端的（冷卻液入口3）進入焦面組件，通過重力作用，在下端的（冷卻液出口5）離開焦面組件，將積聚在光闌擋板上的大量熱量流散到遠端的冷凝段。從而實現大口徑太陽望遠鏡主焦面的小視場控制與大熱流的排散功能，可以將焦面組件的溫度控制在50~60℃以下的范圍 如圖1所示，視場光闌的擋板為熱管的蒸發段。為了最大可能將視場光闌上的熱量迅速轉移，熱管蒸發段的截面與視場光闌的外形一致。 視場光闌中心的通光孔貫穿整個焦面組件，實現控制視場、消除雜散光的目的。為了嚴格控制成像視場，通光口徑需要配合視場光闌設置成相同的尺寸，保證通過視場光闌后的成像光進入后續光學系統。 擋光板與視場光闌具有相同截面，蒸發段與冷凝段的連接段的排放沿視場光闌的支撐結構設置，將熱管蒸發段處收集的熱量傳遞到遠離主焦面區域的熱管冷凝段。熱管冷凝段設置在望遠鏡支撐結構的外部，為了最大可能盡快冷凝回流散熱工作液，在選用氨為特定的散熱工作液的同時，還設置了熱輻射板與熱管冷凝段相連接。其中涉及到的最大散熱量、輻射板面積需要遵循熱設計的要求。 為了最大可能減小熱控的壓力，視場光闌的正面涂覆具有高反射率的熱控涂層，用以減少主反射鏡聚焦的熱流吸收量。涂層的吸收率、發射率、散射分布情況需要結合熱設計與消雜散光設計的協調確定。 焦面組件的材料采用具有良好的熱傳導率、與工作液及工作環境具有良好的相容性、有足夠的強度和剛度的銅或鋁。對于地基式太陽望遠鏡，首選導熱性能好的銅材料；對于空基式太陽望遠鏡，為了盡可能減少有效載荷，首選導熱性能好且重量輕的鋁材料。 在整個成像過程中，太陽光通過主反射鏡的匯聚到達主焦面處，其中大部分視場外的太陽光被視場光闌正面的高反射涂層反射出成像光路；視場內的成像光通過視場光闌與熱管貫穿的通光孔徑進入后續光學系統；小部分視場外的太陽光被視場光闌的截面遮擋并吸收后需要依靠焦面組件的散熱系統排散出光學系統。這些熱量會蒸發截面背后熱管的蒸發段內的液相工質，汽化潛熱被蒸發后的工質輸送到遠離主焦面的冷凝段處冷凝，并放出汽化潛熱。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
大口徑太陽望遠鏡主焦面組件，包括熱管與視場光闌，其特征在于：熱管呈倒錐形，熱管的上端開有冷卻液入口，冷卻液在重力的作用下從熱管的下端的冷卻液出口排出，所述的熱管在高度方向上有多段，每段構成環形腔，相鄰環形腔之間連通；所述的視場光闌位于熱管底部，其截面呈橢圓形，視場光闌中的光闌擋板與熱管底端的形狀吻合，視場光闌的光通道貫穿熱管，其位于熱管底端的為通光入口，位于熱管定端的為通光出口。

【技術特征摘要】
1.?大口徑太陽望遠鏡主焦面組件，包括熱管與視場光闌，其特征在于：熱管呈倒錐形，熱管的上端開有冷卻液入口，冷卻液在重力的作用下從熱管的下端的冷卻液出口排出，所述的熱管在高度方向上有多段，每段構成環形腔，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李蓉，張巨勇，金嘉蕾，陳志平，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：新型
國別省市：浙江;33