在无垠的宇宙中，有一类特殊的“眼睛”正在凝视着大地和星辰。它们就是太空望远镜，帮助我们深入了解宇宙、探索未知世界，已经广泛应用于天文观测、空间探测、资源勘探等领域。如，韦布望远镜使我们得以窥见迄今为止最遥远、最清晰的宇宙天体图像。
大口径反射镜是太空望远镜的关键核心部件，可以将遥远星光聚焦成清晰图像。为了提高望远镜的分辨率和成像质量，对更大口径反射镜的需求是永无止境的。然而，随着反射镜口径增大，会引入自重变形、温差变形、成本增加、空间受限等一系列技术难题。
尺寸对比：人、哈勃主反射镜和韦布主反射镜
太空望远镜在轨工作时置于严酷的空间热环境中，不仅面对4K的深冷空间，而且会受到太阳直照、地球反照、地球红外等外热流影响。大口径反射镜对温度变化非常敏感，一旦光学镜面和空间位置发生变化，将会造成图像模糊不清，严重影响成像质量。
空间外热流
因此，必须开展大口径反射镜热力耦合仿真。通过模拟反射镜在不同温度下的变形情况，为反射镜结构设计和热设计提供理论依据，确保望远镜在极端环境下依然能够保持高精度观测。本文以某望远镜为例，详细讲解大口径反射镜热力耦合仿真分析流程。
在Zemax中导出反射镜反射曲面，在Solidworks环境下按全口径和径厚比赋予一定厚度，绘制反射镜初始结构。在此基础上，在反射镜背部设置三角形轻量化槽，以减少自重变形对反射镜面形影响。轻量化筋厚保持均匀一致，保证各向自重面形均匀一致。
由于Solidworks已关联Ansys Workbench，因此无需将反射镜另存为中间格式，直接点击工具选择Ansys Workbench，将反射镜模型传输至Workbench的Germetry中，如下图所示。具体参见前期文章：Ansys Workbench关联Solidworks。
大口径反射镜模型数据传输
大口径反射镜热力耦合仿真分析流程
4 定义材料
为保证反射镜在复杂力热环境下具有较高稳定性，应选择高弹性模量、高比刚度、低热畸变的基体材料。目前，反射镜常用基体材料见下表。本文选用微晶玻璃，其强度高，热胀系数极低，易加工成型。具体设置参见文章：Ansys Workbench材料库创建方法。
6 设置边界
点击Static Structural，设置环境温度为18℃。点击Supports，反射镜外圆表面施加远端点位移约束Remote Displacement，所有方向自由度设置为0。点击Loads，反射镜主体结构添加Thermal Condition，在Magnitude输入温度4℃均匀温升。
大口径反射镜热力耦合仿真分析模型
大口径反射镜有限元总体变形
大口径反射镜面形
大口径反射镜热力耦合仿真是确保太空望远镜成像质量的关键技术之一。通过深入分析反射镜在各种温度环境条件下的变形情况，我们可以优化设计参数并提高制造精度。随着科学技术不断发展，大口径反射镜将会更加精准、稳定地服务于人类的宇宙探索事业。
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