1. L'amore e l'odio dei sistemi a tre specchi fuori asse: prestazioni di punta contro l'abisso dell'assemblaggio I vantaggi dei sistemi a tre specchi fuori asse sono evidenti: eliminano l'occlusione centrale, migliorano significativamente la funzione di trasferimento della modulazione (MTF) del sistema e hanno eccellenti capacità di correzione delle aberrazioni. Tuttavia, per gli ingegneri assemblatori, si tratta di un "avversario" estremamente difficile da domare:
◆ Un incubo di gradi di libertà: un tipico sistema a tre specchi fuori asse (specchio primario, specchio secondario e specchio terziario) ha fino a 18 gradi di libertà spaziali. Anche una lieve eccentricità, inclinazione o spaziatura assiale di ciascun elemento può accoppiarsi e produrre complesse aberrazioni sovrapposte.
◆ Trasferimento di riferimenti complessi: l'assemblaggio tradizionale fa molto affidamento sul trasferimento di riferimenti meccanici multilivello. Dallo specchio primario a quello secondario, e poi dallo specchio secondario a quello terziario, ogni fase della transizione introduce errori accumulati derivanti dalla lavorazione e dal posizionamento ripetitivo, facendo sembrare il processo di assemblaggio una "ricerca alla cieca".
◆ Estrema dipendenza dall'esperienza e dal tempo: in passato, la convergenza di un carico utile ad alte prestazioni spesso richiedeva agli ingegneri senior di dedicare settimane o addirittura mesi allo studio e al debugging ripetuti. Nell’odierna industria spaziale commerciale, che richiede “consegna rapida e produzione di massa”, questo modello non è più sostenibile.
Diagramma del percorso a tre riflettori fuori asse
2. Soluzione Zhixing: ottenere la "riduzione dimensionale" nell'assemblaggio e nella regolazione condividendo un CGH di riferimento comune per gli specchi primari e secondari. Per eliminare la dipendenza dal complesso trasferimento di riferimento nell'assemblaggio e nella regolazione tradizionali, Zhixing Optics propone un approccio ingegneristico più moderno: bloccare digitalmente le pose relative degli specchi primario e secondario in fase di produzione utilizzando un CGH (ologramma computazionale). Progettiamo direttamente le fasi di compensazione dello specchio primario (PM) e degli specchi secondari (TM) sullo stesso substrato CGH, ottenendo riferimenti integrati per entrambi gli specchi attraverso fotolitografia di livello semiconduttore.
◆ Trasformazione logica da 18 dimensioni a 6 dimensioni: originariamente, gli specchi primario, secondario e TM avevano ciascuno 6 gradi di libertà, per un totale di 18. Dopo aver bloccato la relazione geometrica relativa tra gli specchi primario e TM utilizzando un CGH ad alta precisione, questi 12 gradi di libertà vengono "azzerati" sul riferimento ottico. Per l'assemblaggio complessivo, la ricerca originariamente complessa a livello di sistema è stata semplificata limitandosi a regolare la posizione dello specchio secondario e l'allineamento complessivo del sistema di 6 gradi di libertà.
Diagramma del percorso ottico CGH a tre specchi fuori asse
◆ Il processo a semiconduttore garantisce una precisione assoluta: con l'aiuto di apparecchiature fotolitografiche avanzate, la precisione dell'incisione del modello superficiale CGH può raggiungere il livello inferiore al micron. Ciò significa che la precisione di posizionamento relativa tra i tre specchi principali viene determinata durante la fase di elaborazione del CGH e la sua stabilità e precisione superano di gran lunga quelle degli strumenti meccanici e della misurazione manuale.
Rappresentazione schematica del layout generale del CGH a montaggio a tre inversioni fuori asse
◆ Riduzione dimensionale da "Assemblaggio e regolazione complessi" a "Rilevamento della forma della superficie": in questa modalità, il lavoro di assemblaggio e regolazione è semplificato: finché le frange della forma della superficie dello specchio primario e dei tre specchi vengono regolate simultaneamente, le loro relative pose spaziali raggiungono automaticamente il valore di progetto teorico. Il complesso processo di assemblaggio e regolazione viene direttamente "ridotto" alla difficoltà di rilevamento della forma della superficie di due specchi.
I risultati dell'impostazione e della regolazione dei tre obiettivi principali (a sinistra: obiettivo principale, a destra: tre obiettivi).
3. Perché il volo spaziale commerciale ha bisogno di questa "certezza"? Nell'industria di oggi, dove "produzione di massa" e "ritmo veloce" sono parole chiave, l'efficienza è il principale vantaggio competitivo:
◆ Eliminazione della dipendenza dall'esperienza personale: i benchmark digitali standardizzano il processo di assemblaggio e regolazione. Finché un normale ingegnere riesce a leggere le frange di interferenza e utilizza CGH, può completare in modo efficiente allineamenti ad alta difficoltà che in precedenza richiedevano i migliori esperti.
◆ Cicli di progetto rapidamente ridotti: ridurre le interferenze di 12 gradi di libertà significa eliminare la maggior parte degli errori di accoppiamento. Il processo di assemblaggio e regolazione passa da "ricerca disordinata" a "convergenza direzionale", abbreviando il ciclo complessivo di assemblaggio da settimane a giorni.
◆ Adattamento alla coerenza della produzione in batch: ogni carico utile del satellite utilizza lo stesso set di "modelli principali" di coordinate digitali, garantendo un elevato grado di coerenza nelle prestazioni del carico utile. Questa è la solida base tecnologica per il collegamento in rete di costellazioni su larga scala nel volo spaziale commerciale. Conclusione: nell'arena competitiva del volo spaziale commerciale, ciò di cui abbiamo bisogno non è più la meticolosa lavorazione artigianale delle "opere d'arte", ma la precisione e l'efficienza dei "prodotti industriali". Zhixing Optics, attraverso la sua comune tecnologia CGH di riferimento, abbassa gli ostacoli all'assemblaggio e alla regolazione ottica di precisione, accelerando la consegna del progetto con parametri di riferimento digitali. Zhixing Optics aiuta i sistemi ottici complessi a ottenere un funzionamento efficiente a circuito chiuso.
