1引言
传统的反射镜通常使用刚性的玻璃毛坯，它可以承受抛光载荷，发射载荷以及最终的工作环境。这些反射镜通常由低膨胀玻璃制成，并具有后闭的构型，以达到较高的刚度/币量比。这种结构的玻璃其截面必须具有足够的厚度(》lmm) ，以保证能够安全地加土、抛光和发射。反射镜木身也必须具有足够的厚度(大约为直径的10%)>以达到足够的刚度。尽管人们在反射镜轻量化方ICI投入了大量的研究土作，但这种几何形状决定了大型反射镜质量密度必须在30kg / m2以上。美国亚利桑那大学已研制了两个这样的反射镜，一个是用十大型双筒望远镜，直径为8. 4m >币量16000kg的主反射镜;另一个是用十哈勃空间望远镜的，直径为2. 4m>重830k;的主反射镜。
研究人员提出了一个新的反射镜设计方案，该方案不依靠玻璃木身的高刚度和高稳定性，但可以获得轻量化程度更高的反射镜。图1表示了这个基本设想，主要包括以下几点:
·用镀有反射膜的弯曲玻璃板作为光学表面。从较厚的玻璃基体上取下一片玻璃制作这块玻璃板，得到低应力的光学元件，为了得到最优的性能，采用了在指定土作温度下有较小膨胀系数的玻璃;
·通过驱动器阵列主动控制支撑这块玻璃板;使用远距离驱动精密螺距螺妊作为驱动器。由于它们有较小的重复性步长，所以具有较高的刚性，不需要能量保持其位置并日‘可在低温下工作;
·用优选的复合材料支撑结构保持系统刚性;刚性结构由复合碳纤维层粘接成的很薄的元件制成;
·通过波前传感器的输入，使驱动器调节自身的位置，保持反射镜的形状。
通过星光定位，主动控制完成了补偿基体的不稳定性，制造误差和展开误差。
与固定式反射镜相比，主动控制反射镜具有以下几点优势:,已降低了对结构的热稳定性的要求(较大的温度变化或温度梯度易产生反射镜结构的不稳定)，还可以调节在反射镜服役期间由于材料不稳定性而带来的反射镜形状的变化，而且玻璃最初不必在大ICI积内抛光得到很高的精度。由于玻璃板可以通过变形校正得到所需的ICI形，这种反射镜可以自动校正任何引起镜面变形的因素。事实上，如果这种反射镜使用快速驱动器和控制电路便可实时一地消除大气的相位影响。为保证系统的可靠性，反射镜使用的驱动器数目多十所需的数目，如果一个驱动器发生故障，它可以拆下不用。失去任何一个驱动器，甚至失去一对相邻的驱动器，都不会给反射镜的形状带来明显影响。而日，驱动器不需要电压或指令保持其位置。如果碳纤维结构能在数周内保持稳定，反射镜ICI形也可在数周内不必调节。当反射镜需要调节时，其ICI形误差可用亮星成像，并用相位补偿算法测量。
2 2m NMSD的制作
亚利桑那大学制作的2m NGST反射镜系统样nuu(NGST Mirror System Demonstrator一NMSD)，系统中厚度为2mm的玻璃板由硼硅酸盐玻璃制成，这种玻璃在35K的工作温度下热膨胀系数为零。反射镜的支撑结构由复合材料光学儿件公司制作，驱动器由亚利桑那大学制作。该反射镜在其工作温度35K下，ICI形误差可小十30nm(均方根值)。包括玻璃、复合材料支撑、驱动器和电缆，2n，反射镜的总币量仅为40kg。
研究人员为这个反射镜制备了两块玻璃板。第一块玻璃板在浇铸过程中产生了裂纹，导致它在后续的操作过程中被破坏。于是研究人员使用Steward反射镜实验室的8m旋转炉又浇铸了一块50mm厚的()hams E6硼硅酸盐玻璃毛坯。由十浇铸料选自一个柑祸中的一整块玻璃，所以具有很好的均匀性。而后将其玻璃熔融成一块2. 2m的玻璃毛坯。
2. 2m玻璃毛坯经加土得到凸面，并抛光得到球ICI，这个球ICI便是玻璃薄板的背面，而后将厚35mm的薄板用沥青粘到刚性基体上。将这个玻璃薄板在分布支撑的条件下放入加热炉中，液体沥青层缓慢排出至厚度0. 75mm时缓慢冷却，冷却后玻璃薄板被牢牢地粘在刚性基体上。然后将玻璃薄板加工成一个厚约3mm的薄壳，再将这个薄壳加土，研磨至2mm厚时一，用传统的抛光工艺加土。最后将这个2. 2m的玻璃板用金刚石锯 加土成对角径2m的六角形。
如图3所示，将玻璃薄板连同与之相连的刚性块放入热油池中，借助浮力将二者一分开。用RTV胶将18个圆柱状浮子粘到玻璃板上，而后将整个装置放入l 0ft的装满油的池子，将油加热到2500 F，在浮子上加配币，以保证2500 F时一向上的净浮力为6. 751hs。玻璃板开始上浮时一减少配币，共需12h将油加热，6h使玻璃浮起，12h将油冷却。冷却后用18点横杠将玻璃取出，而后用喷雾去油剂清洗玻璃，并将玻璃板放到与18个升起点相匹配的运输结构上，而后将玻璃板面的浮子去除，小心地对玻璃进行清洗。
这时玻璃薄板置于18点支撑结构上，凹面向上。下一步是将玻璃支撑结构的硬件固定到它的后面，即玻璃凸面之后。使用J玻璃板口径相同的真空土具将玻璃板翻转过来。真空土具具有橡胶界面，其凸面I形状由薄玻璃板的凹面复制得到。在橡胶表面刻有沟槽，在槽内插入软管以使真空分布均匀。抬起玻璃板时，将真空土具降至玻璃板并抽真空，使玻璃板与真空土具结合到一块儿，而后将真空土具抬起，使玻璃薄板与18点支撑结构分开。将玻璃板放在带有倒转轴和转移轮子的小车上，便于对玻璃板进行翻转和移动。将小车连同玻璃板移到洁净处，在这里将玻璃板与支撑结构相连。在连接过程中，真空结构支撑着玻璃板。
NMSD的反应结构是由加州San Deg。的复合材料光学m件公司(coI)制造的低热应力，轻量化的石墨增强复合材料结构。COI的技术可以使这种器件具有足够的刚度和强度，反应结构热应力特征的选择方ICI可以有相当大的余地，该项研究选择了工作温度下具有低热膨胀系数的材料。驱动器可以调节何个单儿的任何变形，因此所需考虑的仅有ICI板校正间隔之间的何个单元的变形。
亚利桑那大学制成NMSD驱动器和控制用的电子器件，驱动器在室温和低温下具有可币复性，图4 示出了驱动器在35K下的一些数据。同时一亚利桑那大学也制作了电子装置，以保证驱动器在室温和低温下的耐用性。2001年初，亚利桑那大学对NMSD进行了室温光学性能测试，数月后，NASA马歇尔空间飞行中心对其进行了低温测试。
3 0. 5m超轻量化反射镜样品
除上述2m NMSD反射镜外，另一个直径0. 5m>面密度Skg/m2的反射镜也已完土。该反射镜项目由国家侦察办(NRO)领导创新基金(Innovotive INItiative)资助。该反射镜的设计的原 则是，在时间和成本许可的条件下尽力使反射镜币量减小。该反射镜使用了厚度为1 mm的玻璃薄板，并使用了微型驱动器，其设计思想与NMSD一致。
0 . 5m反射镜使用的玻璃板由亚利桑那大学制作，它与2m NMSD有细微的差别。首先在厚玻璃板上加工出凹形的光学表面 ;而后用沥青将玻璃板固定，经加土、研磨和抛光，在玻璃板的另一侧得到凸面。与前述方法相比，这种加土顺序更为可取，由十在这种情况下只有玻璃薄板背面存在组合应力，而l光学表面上不存在组合应力。该反射镜尺寸较小，将玻璃板从刚性块上拆下时-不用借助热油，而是将玻璃板和刚性块的组合体放入加热炉中将玻璃板与刚性块分开，然后清洗玻璃板并在其表面I镀铝。
该反射镜的驱动器与NMSD的驱动器相同，但体积更小，何个驱动器的币量仅为5g，再加上何个驱动器上2g的电线和连接器。这样的驱动器单儿可以实现20nn，的驱动步长。驱动器的控制电路与NMSD相同，由计算机控制的模拟电子电 路产生脉冲驱动。反射镜的控制软件可控制何个独立的驱动器，并日具有与干涉仪的接口。
0. 5m反射镜玻璃板的固定与2m反射镜不同。大多数驱动器通过3点式载荷分散装置起作用，这就限制了驱动器的局部作用，同时一也使作用力分散，降低了硬件系统中的应力。这种安装方式使玻璃板更易变形，所以设i计了硬件及其安装土艺，以保证它不产生额外的应力。
该反射镜的支撑结构由亚利桑那大学设计，并由复合材料光学儿件公司制作。为达到所要求的轻量化水平，使用了薄层结构，并在前板、后板和筋板上加土了许多小孔，前板和后板厚度为0. 5mm，筋板为0. 25mm 。
4 轻量化主动反射镜的性能
上述两个反射镜具有极好的光学性能。这种反射镜的主要缺陷在于玻璃薄板中的应力必须由驱动器补偿，但驱动力会产生剩余的面形误差。由于反射镜在自币作用下易变形，很难保证这种反射镜的安装质量，所以采用硬件和软件的组合来消除这一影响。
2m NMSD反射镜在35K低温下的ICI形误差仅为27nm rms(均方根值)，为了对面形误差进行测量，使用的硬件必须消除大部分的重力作用。安装产生的ICI形误差为60nm rms(均方根值)，这将从数据分析中去除。因为望远镜在空间运行时-并不存在币力作用，0. 5m反射镜的ICI形误差为32nm rms(均方根值)，反射镜在检测过程中光学轴竖直放置，并应消除因自币变形产生的310nmrms(均方根值)的面形误差。
5结论
木文介绍了一项用玻璃薄板和主动控制系统制作轻量化反射镜的技术。这项技术可以作为应用的一个新起点。对于更长波长的应用，其重量还可以进一步降低，可以考虑使用致密性更低，厚度更小的材料制作薄板，驱动器的数量也可进一步减少。可以用近乎平板的光学元件制做大型空间望远镜，包括支撑和控制结构，这种反射镜的密度《lkg/m2。它不需要驱动器阵列保持其形状，但需要一个主动的控制环，可能是利用静电压力引入微小的弯曲度，这种望远镜用近平ICI的反射镜作为收集器，用木文描述的主动反射镜作其他元件.
