1. Die Liebe und der Hass von Off-Axis-Systemen mit drei Spiegeln: Spitzenleistung vs. Montage-Abgründe Die Vorteile von Off-Axis-Systemen mit drei Spiegeln liegen auf der Hand: Sie eliminieren die zentrale Okklusion, verbessern die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) des Systems erheblich und verfügen über ausgezeichnete Aberrationskorrekturfähigkeiten. Für Montageingenieure ist es jedoch ein äußerst schwer zu bändigender „Gegner“:
◆ Ein Albtraum an Freiheitsgraden: Ein typisches außeraxiales Dreispiegelsystem (Primärspiegel, Sekundärspiegel und Tertiärspiegel) verfügt über bis zu 18 räumliche Freiheitsgrade. Selbst eine geringfügige Exzentrizität, Neigung oder axialer Abstand jedes Elements kann zu einer Kopplung führen und komplexe überlagerte Aberrationen erzeugen.
◆ Komplexe Referenzübertragung: Die herkömmliche Montage basiert stark auf der Übertragung mehrstufiger mechanischer Referenzen. Vom Primärspiegel zum Sekundärspiegel und dann vom Sekundärspiegel zum Tertiärspiegel führt jeder Schritt des Übergangs zu akkumulierten Fehlern aus der Bearbeitung und wiederholten Positionierung, sodass sich der Montageprozess wie eine „blinde Suche“ anfühlt.
◆ Extreme Abhängigkeit von Erfahrung und Zeit: In der Vergangenheit erforderte die Konvergenz einer Hochleistungsnutzlast oft, dass leitende Ingenieure Wochen oder sogar Monate damit verbrachten, wiederholt zu studieren und Fehler zu beheben. In der heutigen kommerziellen Raumfahrtindustrie, die „schnelle Lieferung und Massenproduktion“ erfordert, ist dieses Modell nicht mehr haltbar.
Off-Axis-Drei-Reflektor-Pfaddiagramm
2. Zhixing-Lösung: Erzielung einer „Dimensionsreduzierung“ bei Montage und Einstellung durch gemeinsame Nutzung eines gemeinsamen Referenz-CGH für den Primär- und den Sekundärspiegel. Um die Abhängigkeit von der komplexen Referenzübertragung bei der herkömmlichen Montage und Einstellung zu eliminieren, schlägt Zhixing Optics einen moderneren technischen Ansatz vor: die digitale Verriegelung der relativen Posen der Primär- und Sekundärspiegel in der Fertigungsphase mithilfe eines CGH (Computational Hologram). Wir entwerfen die Kompensationsphasen des Primärspiegels (PM) und der Sekundärspiegel (TM) direkt auf demselben CGH-Substrat und erreichen so integrierte Referenzen für beide Spiegel durch Fotolithographie in Halbleiterqualität.
◆ Logische Transformation von 18 Dimensionen auf 6 Dimensionen: Ursprünglich hatten der Primär-, der Sekundär- und der TM-Spiegel jeweils 6 Freiheitsgrade, also insgesamt 18. Nachdem die relative geometrische Beziehung zwischen dem Primär- und dem TM-Spiegel mithilfe eines hochpräzisen CGH verriegelt wurde, werden diese 12 Freiheitsgrade auf der optischen Referenz „auf Null gesetzt“. Für die Gesamtbaugruppe wird die ursprünglich komplexe systemweite Suche vereinfacht, sodass nur noch die Sekundärspiegelposition und die Gesamtsystemausrichtung mit 6 Freiheitsgraden angepasst werden müssen.
Diagramm des optischen Wegs des CGH mit außeraxialen drei Spiegeln
◆ Der Halbleiterprozess gewährleistet absolute Präzision: Mit Hilfe fortschrittlicher Fotolithographiegeräte kann die Ätzgenauigkeit des CGH-Oberflächenmusters den Submikrometerbereich erreichen. Dies bedeutet, dass die relative Positionsgenauigkeit zwischen den drei Hauptspiegeln während der CGH-Verarbeitungsphase bestimmt wird und ihre Stabilität und Präzision weit über die von mechanischen Werkzeugen und manuellen Messungen hinausgeht.
Schematische Darstellung des Gesamtlayouts des außeraxialen CGH mit drei umgekehrter Montage
◆ Dimensionsreduzierung von „Komplexe Montage und Anpassung“ auf „Erkennung der Oberflächenform“: In diesem Modus werden die Montage- und Anpassungsarbeiten wie folgt vereinfacht: Solange die Oberflächenformränder des Primärspiegels und der drei Spiegel gleichzeitig angepasst werden, erreichen ihre relativen räumlichen Posen automatisch den theoretischen Designwert. Der komplexe Montage- und Justageprozess wird direkt auf die Schwierigkeit der Oberflächenformerkennung zweier Spiegel „reduziert“.
Die Setup- und Einstellergebnisse der drei Hauptobjektive (links: Hauptobjektiv, rechts: drei Objektive).
3. Warum braucht die kommerzielle Raumfahrt diese „Gewissheit“? In der heutigen Industrie, in der „Massenproduktion“ und „schnelles Tempo“ Schlüsselwörter sind, ist Effizienz der zentrale Wettbewerbsvorteil:
◆ Keine Abhängigkeit mehr von persönlichen Erfahrungen: Digitale Benchmarks standardisieren den Montage- und Einstellprozess. Solange ein normaler Ingenieur Interferenzstreifen lesen und CGH verwenden kann, kann er hochschwierige Ausrichtungen effizient durchführen, für die früher Spitzenexperten erforderlich waren.
◆ Schnell verkürzte Projektzyklen: Durch die Reduzierung von Interferenzen um 12 Freiheitsgrade werden die meisten Fehlerkopplungen eliminiert. Der Montage- und Anpassungsprozess ändert sich von „ungeordneter Suche“ zu „Richtungskonvergenz“, wodurch sich der gesamte Montagezyklus von Wochen auf Tage verkürzt.
◆ Anpassung an die Konsistenz der Serienproduktion: Jede Satellitennutzlast verwendet denselben Satz digitaler Koordinaten-„Mastervorlagen“, wodurch ein hohes Maß an Konsistenz bei der Nutzlastleistung gewährleistet wird. Dies ist die solide technologische Grundlage für die groß angelegte Konstellationsvernetzung in der kommerziellen Raumfahrt. Fazit: Im Wettbewerbsumfeld der kommerziellen Raumfahrt brauchen wir nicht mehr die sorgfältige Handwerkskunst von „Kunstwerken“, sondern die Präzision und Effizienz von „Industrieprodukten“. Zhixing Optics senkt durch seine gemeinsame Benchmark-CGH-Technologie die Barriere für die präzise optische Montage und Einstellung und beschleunigt die Umsetzung Ihres Projekts mit digitalen Benchmarks. Zhixing Optics verhilft komplexen optischen Systemen zu einem effizienten Betrieb im geschlossenen Regelkreis.
