51、紫外、光学和红外空间望远镜的指向、控制与热系统解析

紫外、光学和红外空间望远镜的指向、控制与热系统解析

1. 空间望远镜的指向与控制系统

空间望远镜的指向和控制对于获取高质量的观测数据至关重要。不同的望远镜采用了不同的指向和控制系统。

1.1 哈勃空间望远镜（HST）

• FGS 系统 ：HST 同时使用两个精细制导传感器（FGS）。一个用于俯仰/偏航控制，另一个提供用于滚动控制的导星质心。导星的星等范围为 9 < V < 14。通过 FGS，HST 能够实现优于 7 毫角秒的图像稳定性。不过，其绝对指向精度主要受导星星表在天球上位置精度的限制，预计误差约为 0.3 角秒。

1.2 詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）

• FGS 工作流程 ：JWST 的 FGS 是一种低温仪器，配备两个独立的 2k × 2k 近红外探测器，覆盖天空 2.3×2.3 角分。在科学观测时，仅使用一个通道，另一个通道闲置。当航天器转向科学目标后，FGS 会被命令在特定通道中定位导星。它通过获取该通道整个视场的“全帧”图像，将观测场景与地面系统提供的预测场景进行比较，并应用模式匹配来定位导星图像。
• 高精度定位与跟踪 ：识别导星后，FGS 在导星上放置子阵列，计算质心并报告给主动光学控制系统（ACS）以提高指向精度。该过程会使用更小的子阵列重复进行，以提高质心计算的精度。当导星位于其期望位置的 3 角秒范围内时，FGS 会使用一个可频繁重新定位的较小子阵列持续“跟踪”导星。此时，ACS 进入精细制导控制，利用 FGS 数据以闭环