亚秒级长焦星相机光学系统设计：高精度与无热化挑战

本文主要探讨了亚秒级甚高精度星相机光学系统的设计方法，这对于航天测绘和侦查应用至关重要。在设计过程中，作者针对长焦距星相机光学系统所面临的挑战，如大视场角、宽光谱范围和恒星色温范围广等进行了深入分析。设计的核心是采用了新型的双高斯向远摄型过渡结构，这种结构有助于提高系统的成像质量。 光学系统的主要参数包括焦距为200毫米，相对孔径F/2，视场角为7.5°×7.5°，光谱范围覆盖500到800纳米。设计者成功地在不依赖特殊色散玻璃材料的情况下，通过优化设计消除了色差问题，确保了不同色温恒星的质心位置在成像时的一致性。这是通过精细的光学设计和补偿技术实现的，保证了系统在宽色温范围内保持稳定性能。 为了进一步提升系统的稳定性，设计师选用具有负折射率温度系数的冕牌玻璃进行热补偿，实现了无热化设计。这意味着即使在温度变化的环境下，光学系统对恒星的探测精度也能保持在亚秒级，显著减少了因温度变化导致的质心漂移。 设计结果表明，该光学系统在性能上达到了极高的标准。其畸变控制在0.003%以内，垂轴色差小于1.5微米，对于2600K到9800K色温范围内的恒星，质心位置误差小于0.2秒弧度（约0.2''）。在环境温度变化的0℃至30℃范围内，焦距变化控制在5.1微米以内，除了视野中心区域外，其他区域的质心位置精度都优于0.4秒弧度。 本文介绍了亚秒级星相机光学系统的设计策略，着重强调了如何通过创新的结构设计和材料选择来解决光学系统的关键问题，从而满足航天精确测量的需求。这项研究对于提升空间成像的精确性和稳定性，特别是在极端环境条件下，具有重要的实际应用价值。