CN109188649B - 一种多边桶及太空望远镜镜片的保护装置 - Google Patents

Abstract

一种多边桶及太空望远镜镜片的保护装置，目前火箭发射时的过载是3‑4G，受限于发射时的过载，目前的太空望远镜的镜片，必须较厚、强度较大。本发明提供一种充液桶，望远镜的镜片放入这个桶内，利用液体和桶承受了加速度倒置的液压，保证镜片不受过载影响，不会变形。利用这种技术，发射镜片时可以接入太空转缆系统，从而降低发射成本。这种望远镜的整体质量也少得多，在太空时调整姿态变得容易得多。

Description

一种多边桶及太空望远镜镜片的保护装置

技术领域

本发明涉及太空望远镜镜片的保护装置，具体涉及一种多边桶及太空望远镜镜片的保护装置。

背景技术

目前，火箭发射时的过载是3～7G。为了避免发射时的过载，防止发射时镜片受了加速度导致的压力，使镜片出现变形，太空望远镜只能够加厚镜片或添加肋条，发射时必须加上支架，以保持形状不变。支架粗，整体质量大，成本高。

镜片正面的制作精度可达100纳米。镜片光洁度非常高，清洁过程繁琐。镜片背面有肋条。

韦伯太空望远镜的集光面积是25m²，镜片每平方米的质量是15kg以上，并且发射时还需要复杂的支架来支撑镜片，使得镜片竖直来发射，支架重量平摊到镜片后，每平方米可达20kg以上。未来采用太空转缆系统发射，尽管单位重量的发射成本小很多，但是太空转缆系统的过载可达20G以上，或出现更大的挑战。未来直径大于5米的太空望远镜一般都会采用拼接式主镜，也就是主镜分为多块小镜片，现在大多数是分为正六角形的小镜片。

发明内容

本发明为了解决现有镜片受过载导致的压力，镜片会出现变形，镜片和支架质量大和成本高的问题，提供了一种多边桶及太空望远镜镜片的保护装置。它利用了一种多边桶来承受液体的过载压力，而利用液体不可压缩的特点来抵消镜片的过载。

解决该问题的具体技术方案需要利用一种多边桶。多边桶的桶身、桶底、桶盖横截面为多边形；多边桶之外有一个圆形的外桶，多边桶、外桶之间有填充物，填充物为固体。

多边桶的大小是刚好能够放入到外桶里。多边桶匹配镜片的形状，镜片如果是正方形的则多边桶也是正方形，如果镜片是正六边形的则多边桶也是正六边形，且多边桶大小刚好能够平放得下镜片。镜片多数是六角形因此多边桶多数是六角形。多边桶的大小刚好能够放得进外桶里。外桶、固体填充物用来承受多边桶的液压。

进一步地，外桶底部是半球形，装入填充物。

进一步地，多边桶内有个活塞，活塞和桶底之间有液体，桶底有管道。放入镜片时是在桶口处放入镜片，一边放入镜片，管道流出液体，一边推动已放入镜片和活塞下移。这样使得放入镜片时只需要放在桶口处，否则必须从桶底开始放镜片，耗费时间多。用这种办法放入镜片的速度很快。

进一步地，多边桶之外有绝热层，可以粘贴橡胶片作为绝热层。

解决镜片保护问题的具体技术方案1如下：

一种利用多边桶来叠放镜片的保护装置，采用上述任一项所述的多边桶，多边桶与所运载的镜片的外形匹配；多边桶的桶身有竖向的燕尾槽；每个镜片边缘有一圈密封环；镜片有凸起的燕尾榫，燕尾榫的大小匹配燕尾槽，并能够在燕尾槽里上下移动；活塞设在镜片的下方，多边桶内镜片之间有液体；镜片上下有隔离网。

多边桶每条边上，有2-50个燕尾槽，对应地镜片有相同数量的燕尾榫。隔离网就是一些细线或者带子，隔离开上下两片镜片。

装入镜片时，是在是在无空气、只有所述液体的蒸气的工作舱内，每放入一片镜片，就往多边桶注入一定量的液体，使得最上层镜片一直被液体浸没。放入一片镜片后，让液体从密封环与多边桶之间的缝隙流出来，以免镜片下的液体过多。

进一步地，所述的液体选择液氢，因为液氢的密度低。

进一步地，多边桶的桶口处可以有压环，压环上有弹簧，在装满镜片后桶盖合上，桶盖压紧弹簧、压环和密封环。如果没有压环和弹簧，可以利用桶盖直接压紧密封环。

进一步地，密封环有一个开口，桶口处放入镜片，每放入一块镜片，开口流出部分液体后，开口被塞子堵上，再放入上一层镜片。

进一步地，镜片有水平的螺孔，燕尾榫通过螺丝、螺孔连接到镜片。

此外，液体可以选择酒精，相应地固体填充物可以选择过氧化氢。

第二种利用多边桶来叠放镜片的保护装置，技术分案如下：

采用上述任一项所述的多边桶。镜片被装入薄膜袋内；在薄膜袋内注入液体，液体的体积大于每层镜片占用的空隙空间；薄膜袋密封后放入多边桶内。

镜片装入薄膜袋内，然后往薄膜袋注射入液体，液体的量大于每层镜片占用的空隙空间，然后密封薄膜袋，然后一层层地放入镜片。

所谓空隙空间计算办法如下：设镜片面积是s，占用高度是h，则占用空间是s*h，s*h减去镜片所有实心部分的体积，就是空隙空间。空隙空间是肋条、连接件或其他凸起物占用的空间。

薄膜袋可以用两张比镜片大薄膜，在镜片边缘处粘合，就成一个袋子了。或者是一个开口的薄膜袋，装入镜片，然后粘合开口。

所述液体优选是液氢。

所述密封环、薄膜袋优选聚酰亚胺塑料。

本发明有益效果：

液体具有不可压缩性，利用这种特性，发射时两块镜片之间的液氢的体积不会缩小，距离不会变小，加之两层镜片之间有隔离网，因此镜片之间不会挤压、磨花和变形。采用上述技术，镜片发射过程中可以利用发射成本很低的太空转缆系统，从而发射成本得以降低。镜片可以制作得厚度只有1mm，每平方米的重量只需要1～4kg，一定程度上降低了制造成本。更重要的使得镜片支架总重量降低70％以上，太空望远镜整体质量降低20～50％以上。这种望远镜在太空时姿态调整容易得多。另外固体填充物熔化后可以得到液体。前面所述的填充物、液体可以作为火箭燃料，推动太空望远镜继续变轨或留在太空里备用。本发明利用液体不可压缩性。利用本发明装置可以快速放入镜片。并且放入镜片过程中，密封环一直被压紧，减少漏液。

附图说明

图1是多边桶、外桶的示意图，是水平切面。

图2是多边桶的垂直切面的示意图，展示了半球形桶底、活塞、管道。

图3是多边桶有燕尾槽的示意图。

图4是镜片放入多边桶后的示意图，展示了压环、弹簧的空间位置。

图5是密封环的垂直切面的示意图，没有燕尾榫的切面的示意图；

图6是密封环的垂直切面的示意图，有燕尾榫的切面的示意图。

图7是密封环示意图；

图8是镜片及其燕尾榫示意图；

图9是镜片、液体、薄膜袋的示意图。

其中附图标记，1为外桶；2为多边桶；3为填充物；4为燕尾槽；5为燕尾榫；6为液体；7为镜片；8为活塞；9为密封环；10为半球形桶底；13为隔离网；14为压环；15为开口；17为管道；18为螺丝；19为薄膜袋；20为桶盖；21为填充物；22为液体。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种多边桶，该多边桶2的桶身、桶底、桶盖20横截面为多边形；多边桶2之外有一个圆形的外桶1，多边桶2、外桶1之间有填充物3，填充物3为固体。

外桶的底部采用半球形桶底10，半球形桶底10中填充有液体或固体物质21。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：多边桶设有活塞8，多边桶2的桶底与活塞8之间有液体6，多边桶2桶底处有管道，可以流出活塞与桶底之间的液体6。其它步骤及参数与实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：多边桶有绝热层。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式一种太空望远镜镜片的保护装置：采用具体实施方式1到3任一项所述的多边桶，多边桶2与所运载的镜片7的外形匹配；多边桶2的桶身有竖向的燕尾槽4；每个镜片7边缘有一圈密封环9；

镜片7有凸起的燕尾榫5，燕尾榫5的大小匹配燕尾槽4，并能够在燕尾槽4里上下移动；

活塞8设在镜片7的下方，多边桶内镜片7之间有液体6；

镜片上下有隔离网13。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四的不同点是：所述的液体6是液氢。其它步骤及参数与实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五的不同点是：多边桶的桶口处可以有压环14，压环上有弹簧，在装满镜片后桶盖20合上，桶盖压紧弹簧、压环和密封环9。其它步骤及参数与实施方式四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四、五或六的不同点是：密封环9有一个开口15，桶口处放入镜片，每放入一块镜片7，开口15流出部分液体6后，开口被塞子堵上，再放入上一层镜片。其它步骤及参数与实施方式四、五或六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五或六的不同点是：镜片7有水平的螺孔，燕尾榫通过螺丝18、螺孔连接到镜片。其它步骤及参数与实施方式五或六相同。

具体实施方式九：本实施方式一种太空望远镜镜片的保护装置，采用具体实施方式1到3任一项所述的多边桶；

镜片7被装入薄膜袋19内；在薄膜袋内注入液体22，液体22的体积大于每层镜片7占用的空隙空间；薄膜袋19密封后放入多边桶2内。

实施例

实施例1

一种多边桶，由多边桶、外桶、桶盖、填充物组成。外桶的内直径是1.5m，是由厚度4mm的铝合金板制造而成。多边桶、外桶的高度都是2.4米，其中外桶高度未含底部的半球形。多边桶是正六角形的，由厚度0.3mm的薄铝板而成。多边桶、外桶相接，多边桶刚好能够放入外桶里边。多边桶、外桶之间填充固态氢。桶口处有桶盖。

外桶的桶底是半球形，填充有固态甲烷。多边桶有一个活塞，活塞之下的多边桶内，充满液氢。放入镜片时都是在桶口处放入镜片，一边放入镜片，管道流出液体，一边推动已放入镜片和活塞下移。多边桶外侧贴有橡胶片，以减少填充物与多边桶的传热。

实施例2

应用多边桶，其中的多边桶用于放置多层的镜片。多边桶的每条边有5道燕尾槽，镜片每条边有5个燕尾榫。镜片之间充满液氢。镜片外缘有密封环。密封环有开口，以泄出液氢。

望远镜的每块镜片是正六角形的，厚度是1mm，对角线长度是1.497m。每块镜片的边缘都包着1圈密封环，密封环宽度是2cm，厚度是1mm。每块镜片和密封环占用的高度是3mm，可以放入800片镜片，镜片总面积可达1100m^2，总重2000kg。

镜片底部都有隔离网，隔离网是一些直径0.2mm的平行的橡胶线，每隔0.2米一根橡胶带。密封环有开口，让液体更快流出。镜片的燕尾榫是通过螺丝连接镜片外缘的。多边桶的桶口处有压环，压环上有20个弹簧，以压紧密封环。

实施例3

应用多边桶，与实施例2不同的是，多边桶没有燕尾槽。多边桶、外桶之间填充固态甲烷。多边桶内的每块镜片的都装入在薄膜袋内，薄膜袋内注入液态甲烷，然后平放入多边桶内。

Claims (9)

1.一种太空望远镜镜片的保护装置，其特征在于：多边桶(2)的桶身、桶底、桶盖(20)横截面为多边形；多边桶(2)之外有一个圆形的外桶(1)，多边桶(2)、外桶(1)之间有填充物(3)，填充物(3)为固体；多边桶(2)与所运载的镜片(7)的外形匹配；多边桶(2)的桶身有竖向的燕尾槽(4)；每个镜片(7)边缘有一圈密封环(9)；镜片(7)有凸起的燕尾榫(5)，燕尾榫(5)的大小匹配燕尾槽(4)，并能够在燕尾槽(4)里上下移动；活塞(8)设在镜片(7)的下方，多边桶内镜片(7)之间有液体(6)；镜片上下有隔离网(13)。

2.根据权利要求1所述的太空望远镜镜片的保护装置，其特征在于：多边桶(2)的桶身、桶底、桶盖(20)横截面为多边形；多边桶(2)之外有一个圆形的外桶(1)，多边桶(2)、外桶(1)之间有填充物(3)，填充物(3)为固体。

3.根据权利要求1所述的太空望远镜镜片的保护装置，其特征在于：外桶的底部采用半球形桶底(10)，半球形桶底(10)中填充有液体或固体物质(21)。

4.根据权利要求1所述的太空望远镜镜片的保护装置，其特征在于：多边桶设有活塞(8)，多边桶(2)的桶底与活塞(8)之间有液体(6)，多边桶(2)桶底处有管道，可以流出活塞与桶底之间的液体(6)。

5.根据权利要求1所述的太空望远镜镜片的保护装置，其特征在于：多边桶有绝热层。

6.根据权利要求1所述的太空望远镜镜片的保护装置，其特征在于：所述的液体(6)是液氢。

7.根据权利要求1或6任一项所述的太空望远镜镜片的保护装置，其特征在于：多边桶的桶口处可以有压环(14)，压环上有弹簧，在装满镜片后桶盖(20)合上，桶盖压紧弹簧、压环和密封环(9)。

8.根据权利要求1或6任一项所述的太空望远镜镜片的保护装置，其特征在于：密封环(9)有一个开口(15)，桶口处放入镜片，每放入一块镜片(7)，开口(15)流出部分液体(6)后，开口被塞子堵上，再放入上一层镜片。

9.根据权利要求1或6任一项所述的太空望远镜镜片的保护装置，其特征在于：镜片(7)有水平的螺孔，燕尾榫通过螺丝(18)、螺孔连接到镜片。

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