1. O amor e o ódio dos sistemas de três espelhos fora do eixo: desempenho máximo versus abismo de montagem As vantagens dos sistemas de três espelhos fora do eixo são óbvias: eles eliminam a oclusão central, melhoram significativamente a função de transferência de modulação (MTF) do sistema e têm excelentes capacidades de correção de aberração. No entanto, para os engenheiros de montagem, é um “oponente” extremamente difícil de domar:
◆ Um pesadelo de graus de liberdade: Um sistema típico de três espelhos fora do eixo (espelho primário, espelho secundário e espelho terciário) tem até 18 graus de liberdade espacial. Mesmo uma pequena excentricidade, inclinação ou espaçamento axial de cada elemento pode acoplar e produzir aberrações sobrepostas complexas.
◆ Transferência de Referência Complexa: A montagem tradicional depende muito da transferência de referências mecânicas de vários níveis. Do espelho primário para o espelho secundário, e depois do espelho secundário para o espelho terciário, cada etapa da transição introduz erros acumulados de usinagem e posicionamento repetitivo, fazendo com que o processo de montagem pareça uma “busca cega”.
◆ Dependência extrema de experiência e tempo: No passado, a convergência de uma carga útil de alto desempenho muitas vezes exigia que engenheiros seniores passassem semanas ou até meses estudando e depurando repetidamente. Na actual indústria espacial comercial, que exige “entrega rápida e produção em massa”, este modelo já não é sustentável.
Diagrama de caminho de três refletores fora do eixo
2. Solução Zhixing: Alcançando "Redução Dimensional" na Montagem e Ajuste compartilhando um CGH de Referência Comum para os Espelhos Primários e Secundários. Para eliminar a dependência da transferência de referência complexa na montagem e ajuste tradicional, a Zhixing Optics propõe uma abordagem de engenharia mais moderna: bloquear digitalmente as poses relativas dos espelhos primários e secundários na fase de fabricação usando um CGH (Holograma Computacional). Projetamos diretamente as fases de compensação do espelho primário (PM) e dos espelhos secundários (TM) no mesmo substrato CGH, obtendo referências integradas para ambos os espelhos através de fotolitografia de grau semicondutor.
◆ Transformação Lógica de 18 Dimensões para 6 Dimensões: Originalmente, os espelhos primário, secundário e TM tinham, cada um, 6 graus de liberdade, totalizando 18. Depois de bloquear a relação geométrica relativa entre os espelhos primário e TM usando um CGH de alta precisão, esses 12 graus de liberdade são "zerados" na referência óptica. Para a montagem geral, a busca originalmente complexa em todo o sistema é simplificada para ajustar apenas a posição do espelho secundário e o alinhamento geral do sistema de 6 graus de liberdade.
Diagrama de caminho óptico CGH de três espelhos fora do eixo
◆ O processo semicondutor garante precisão absoluta: Com a ajuda de equipamentos avançados de fotolitografia, a precisão da gravação do padrão de superfície CGH pode atingir o nível submícron. Isto significa que a precisão posicional relativa entre os três espelhos principais é determinada durante a fase de processamento do CGH, e a sua estabilidade e precisão excedem em muito as das ferramentas mecânicas e da medição manual.
Diagrama esquemático do layout geral do CGH de montagem três reversa fora do eixo
◆ Redução Dimensional de "Montagem e Ajuste Complexo" para "Detecção de Forma de Superfície": Neste modo, o trabalho de montagem e ajuste é simplificado para: desde que as franjas de forma de superfície do espelho primário e dos três espelhos sejam ajustadas simultaneamente, suas posições espaciais relativas atingem automaticamente o valor teórico do projeto. O complexo processo de montagem e ajuste é diretamente “reduzido” à dificuldade de detecção do formato da superfície de dois espelhos.
Os resultados de configuração e ajuste das três lentes principais (esquerda: lente principal, direita: três lentes).
3. Por que o voo espacial comercial precisa dessa “certeza”? Na indústria atual, onde “produção em massa” e “ritmo acelerado” são palavras-chave, a eficiência é a principal vantagem competitiva:
◆ Eliminação da dependência da experiência pessoal: Os benchmarks digitais padronizam o processo de montagem e ajuste. Contanto que um engenheiro comum possa ler franjas de interferência e usar CGH, ele poderá concluir com eficiência alinhamentos de alta dificuldade que antes exigiam especialistas de primeira linha.
◆ Ciclos de projeto rapidamente reduzidos: reduzir a interferência em 12 graus de liberdade significa eliminar a maioria dos erros de acoplamento. O processo de montagem e ajuste muda de “busca desordenada” para “convergência direcional”, encurtando o ciclo geral de montagem de semanas para dias.
◆ Adaptação à consistência da produção em lote: Cada carga útil de satélite utiliza o mesmo conjunto de "modelos mestres" de coordenadas digitais, garantindo um alto grau de consistência no desempenho da carga útil. Esta é a base tecnológica sólida para redes de constelações em grande escala em voos espaciais comerciais. Conclusão: Na arena competitiva dos voos espaciais comerciais, o que precisamos não é mais do meticuloso trabalho artesanal de “obras de arte”, mas da precisão e eficiência dos “produtos industriais”. A Zhixing Optics, por meio de sua tecnologia CGH de benchmark comum, reduz a barreira para montagem e ajuste óptico de precisão, acelerando a entrega do seu projeto com benchmarks digitais. A Zhixing Optics ajuda sistemas ópticos complexos a obter uma operação eficiente em circuito fechado.
