УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ЗЕРКАЛА ТЕЛЕСКОПА
DEVICE FOR FIXING MIRROR OF TELESCOPE

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в космических аппаратах, в частности, для оперативного мониторинга состояния земной поверхности.
Известно устройство крепления крупногабаритного зеркала оптико-механического устройства в оправе, описанные в патенте РФ №2528970, опубликованном 20.09.2014 г., МПК G02B 7/183, G02B 7/192. Устройство крепления содержит центральную опору и не менее трех опор, каждая из которых включает в себя приклеенную к тыльной поверхности зеркала опорную пяту, соединенную с оправой с возможностью перемещения вдоль ее поверхности, в качестве опорных пят использованы постоянные магниты. Однако конструкция этого устройства крепления сложна, соединение опор с зеркалом с помощью магнитов подразумевает точное прилегание примыкающих поверхностей магнит-зеркало, магнит-магнит. Это очень сложная технологическая задача, тем более применение смазки, которая со временем изменяет размер - толщину от изменения температуры, выдавливания смазки из места контакта при эксплуатации и транспортировке зеркала, изменение свойств самой смазки изменяет в худшую сторону оптические свойства поверхности зеркала. Кроме того, при использовании разгрузочных устройств обусловлено использование подвижных шарнирных соединений, которые в своей конструкции всегда имеют, хоть и малые, но зазоры, которые не лучшим образом влияют на оптическую поверхность зеркала.
Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является устройство крепления зеркала телескопа, предназначенное для крепления зеркал крупногабаритных телескопов, в частности, космических. Устройство описано в патенте РФ №2035759, опубликованном 20.05.1995 г., МПК G03B 7/18. Устройство крепления содержит основание с тремя шаровыми опорами, равномерно расположенными по окружности. Опоры жестко установлены на ползунах, которые имеют возможность перемещения в  соответствующих направлениях, жестко соединенных с основанием. Оси направляющих пересекаются в одной точке, лежащей на оси зеркала, и расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси зеркала. Центры сферических головок шаровых опор расположены в плоскости, проходящей через центр масс зеркала и перпендикулярной оси зеркала. Центры сферических головок шаровых опор расположены по окружности, радиус которой равен 2/3 радиуса зеркала. Однако в этом устройстве крепления установка опор в ползунах предусматривает наличие зазоров в паре ползун-шаровая опора, а величина зазоров для обеспечения подвижки необходима гораздо большая, чем нужна для обеспечения качества отражающей поверхности зеркала, не должна превышать 0,05 мкм. Для устранения этого недостатка необходимо вводить механическую разгрузку зеркала, что значительно усложняет конструкцию.
Задачей заявляемого изобретения является создание устройства крепления зеркала телескопа с системой подвеса зеркала с использованием упругих шарниров и особой конструкции оребрения тыльной стороны зеркала, позволяющих добиться технического результата, заключающегося в минимизации элементов конструкции с неконтролируемыми люфтами, а также исключении дополнительных разгрузок зеркала при наземной юстировке телескопа.
Это достигается тем, что в устройстве крепления зеркала телескопа, содержащем основание и три опоры, расположенные равномерно по окружности основания, в отличие от известного, опоры прикреплены к основанию посредством опорных кронштейнов, закрепленных с помощью болтов-осей, устанавливаемых с плотной посадкой поверхностей опорных кронштейнов и поверхности основания, опоры выполнены в виде качающихся коромысел, представляющих собой пластины, на обоих концах коромысел закреплены тяги, выполненные в виде плоских стержней с цилиндрической частью-блином на внутренних концах, связывающие коромысла с зеркалом, когда внешние концы тяг жестко связаны с коромыслом, а внутренние концы тяг вклеены в углубления в торце зеркала, при этом коромысла прикреплены к основанию посредством упругих подшипников, выполненных из двух идентичных половин, между которыми защемлено коромысло, и каждая из половин подшипников образована жестким центром и периферией, связанными между собой тонкостенными плоскими пластинками - упругими лепестками, за счет упругого деформирования которых может быть осуществлен поворот центра подшипника относительно периферии, дополнительно введено кольцо, установленное с внешней стороны зеркала и жестко соединенное с основанием, и три тангенциальные опоры, состоящие из кронштейна с пальцем шарообразной формы, установленным на кольце, кроме того, в зеркале выполнены полости, в которые вклеены закладные втулки, выполненные цилиндрическими с плоскими внутренними стенками, а на тыльной стороне зеркала выполнено оребрение, сконструированное с ячейками, расположенными равномерно по окружности оребрения, предназначенными для установки в них тяг в виде плоских стержней с цилиндрической частью-блином на внутренних концах, причем количество ячеек оребрения зеркала равно количеству тяг, и расположены они таким образом, чтобы каждая тяга была установлена в соответствующую ячейку оребрения зеркала.На фиг. 1 схематично изображено устройство крепления зеркала телескопа в разрезе. На фиг. 2 изображена сборка упругого подшипника с коромыслом. На фиг. 3 схематично изображена тангенциальная опора.
Устройство крепления зеркала телескопа (фиг. 1) содержит основание 1, три равномерно расположенные по окружности опоры 2, жестко прикрепленные к основанию 1 с помощью опорных кронштейнов 3, винтов и штифтов (на фиг. не указаны), а также с помощью болтов-осей 4, установленных внатяг с поверхностями соединяемых деталей, то есть с плотной посадкой поверхностей опорных кронштейнов 3 и поверхности основания 1. Каждая из трех опор 2, являющихся осевыми опорами, представляет собой узел, состоящий из качающегося коромысла 5, на обоих концах которого закреплены тяги 6,  связывающие качающиеся коромысла 5 с зеркалом 7. Внешние концы тяг 6 жестко связаны с коромыслом 5, внутренние концы тяг 6 вклеиваются в специальные углубления в торце зеркала 7. Каждая из шести тяг 6 представляет собой плоский стержень с цилиндрической частью-блином на внутреннем конце тяги 6, предназначенного для приклейки к зеркалу 7. Каждое из трех коромысел 5, представляющее собой пластину толщиной 2 мм, крепится к основанию 1 посредством упругих подшипников 8. Каждый из подшипников 8 состоит из двух идентичных половин, между которыми защемлена балка - коромысло 5. Каждая из половин подшипника 8 представляет собой деталь, образованную жестким центром 9 и периферией 10 (Фиг. 2), которые связаны между собой тонкостенными плоскими пластинками-упругими лепестками 11. Поворот жесткого центра 9 подшипника 8 относительно периферии 10 осуществляется за счет упругого деформирования упругих лепестков 11. При любом направлении осевой нагрузки обеспечивают работу как минимум два из четырех упругих лепестков 11, которые работают на растяжение.
Кроме того, передача боковых нагрузок осуществляется с использованием трех тангенциальных опор 12, выполненных шаровыми, скользящими, при этом тангенциальные опоры 12 не препятствуют температурному деформированию зеркала 7 в составе узла крепления. Конструктивно тангенциальные опоры 12 состоят из кронштейна 13 с пальцем 14 шарообразной формы (Фиг. 3), который устанавливается на кольце 15 механического интерфейса, установленного с внешней стороны зеркала 7 и жестко соединенного с основанием 1 устройства крепления зеркала 7. В зеркале 7 выполнены специальные полости, в которые вклеиваются закладные втулки 16, выполненные цилиндрическими с плоскими внутренними стенками. Через плоские стенки закладных втулок 16 осуществляется передача силовых нагрузок от зеркала 7 к кронштейнам 13 тангенциальных опор 12. Организация такого способа взаимодействия позволяет реализовать передачу в каждой из трех тангенциальных опор 12 только усилий касательных к окружности зеркала 7 в местах установки  закладных втулок 16. На тыльной стороне зеркала 7 выполнено оребрение 17 особой конфигурации со специальными ячейками 18, предназначенными для установки в них тяг 6. Структура оребрения 17 сконструирована таким образом, что тяги 6 в виде плоских стержней с цилиндрической частью-блином на внутренних концах тяг 6 установлены в соответствующих ячейках 18 оребрения 17, причем количество ячеек 18 оребрения 17 соответствует количеству устанавливаемых в них тяг 6.
Устройство крепления зеркала телескопа (фиг. 1) устанавливается в корпусе объектива телескопа и работает в составе сложного оптического устройства следующим образом. При эксплуатации, в том числе в составе космического аппарата, транспортировке, хранении устройство крепления зеркала телескопа испытывает различные нагрузки - удары, вибрации, температурные перепады. Осевые нагрузки, действующие на зеркало 7, передаются через тяги 6 на опоры 2 и основание 1, далее на корпус объектива. Передача тангенциальных нагрузок осуществляется посредством контактного взаимодействия пальца 14 шарообразной формы с плоскими внутренними стенками закладных втулок 16. Зазор между стенками втулок 16 и шаровой поверхностью пальца 14 минимизирован путем взаимной подгонки и селективного отбора деталей. Такое взаимодействие позволяет реализовать передачу в каждой из трех тангенциальных опор 12 только усилий, касательных к окружности зеркала 7.
В качестве материала закладных втулок 16 может использоваться сплав 32НКД в обеспечение минимизации искажений оптической поверхности зеркала 7 вследствие собственных термодеформаций закладных втулок 16. Использование упругих элементов - качающегося коромысла 5, упругих подшипников 8 и тяг 6 позволяет избежать разрушения зеркала 7, являясь своеобразным амортизатором подвески зеркала 7. С другой стороны, использование упругих элементов позволяет уменьшить ошибки оптической поверхности зеркала 7, возникающие вследствие температурных деформаций элементов устройства крепления зеркала 7 телескопа, а также самого зеркала 7  при эксплуатации, в том числе при выводе на орбиту в составе космического аппарата. Кроме того, особое расположение опор 2, и конструкция структуры оребрения 17 тыльной стороны зеркала 7 позволяют избежать дополнительной разгрузки зеркала в процессе наземной юстировки телескопа в вертикальном положении оптической оси. Конструкция устройства крепления зеркала 7 спроектирована так, чтобы минимизировать наличие в конструкции элементов с неконтролируемыми люфтами, то есть реализована система подвеса зеркала с использованием упругих шарниров.
Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создано устройство крепления зеркала телескопа с системой подвеса зеркала с использованием упругих шарниров и особой конструкции оребрения тыльной стороны зеркала, позволяющих минимизировать элементы конструкции с неконтролируемыми люфтами, а также исключить дополнительные разгрузки зеркала при наземной юстировке телескопа.