火星探测的力学和热学环境与地球探测有着较大差异,主要体现在发射阶段的振动载荷与在轨运行阶段的温度载荷变化更加剧烈,这种环境对相机的支撑结构提出了更高的要求。支撑结构的主要功能主要包括两个方面,一是实现相机的精确定位和可靠安装,二是隔离卫星平台传递过来的振动和热变形应力应变,对相机成像系统的性能有着至关重要的影响。同时,深空探测发射成本更加高昂,这就要求相机与支撑结构质量要尽可能的小,需要对支撑结构进行新的设计和验证。本文针对火星探测相机发射阶段的超剧烈振动和竖直面安装的特殊环境设计了一种高刚度兼顾热稳定性的平动式支撑结构,支撑方案采用三支座结构,包括一个固定支座和两个平动支座。本文将从以下几个方面对此支撑结构的研究进行介绍:1.首先对比了国内外各种常用的遥感相机支撑方式,分析了多种刚性、柔性支撑结构的性能特点和适用场合,结合火星探测高分相机的垂直安装和发射环境特点采用了类柔性结构作为支撑方案,然后提出了使用导轨滑块结构作为自由度释放方式,最终创新性的采用了“一个固定支座+两个平动支座”的平动支撑方案。2.通过自由度计算从理论上验证了这种“一个固定支座+两个平动支座”结构的可行性,相机在此支撑结构安装下能够实现完全定位且不存在过约束。根据设计思路完成支撑结构的建模,确定支撑结构各部分材料,对支撑结构进行结构优化和轻量设计。3.根据设计思想分别对固定支座和平动支座进行了设计建模,建立了支撑结构和相机整机的有限元模型,完成了在支撑结构安装下的整机模态、正弦和随机振动响应等分析。从分析结果来看相机整机基频达到64.2Hz,满足高于34Hz且尽量远离的要求。在平动支撑结构安装情况下相机整机的基础频率达到设计要求,具备较好的刚度。正弦和随机振动响应分析结果显示平动支撑结构和相机在各个级别的加速度载荷作用下加速度放大倍率均小于10,具备良好的动力学性能。应力分析结果显示支撑结构及相机内部各结构设计和选材达到了结构强度要求,且具有较大的安全裕度。4.对加工完成的支撑结构及相机结构热控件进行装配装调,进行了力学振动试验,试验显示相机整机在支撑结构安装条件下一阶频率58Hz,同仿真分析结果误差最大为9.53%;各向的振动试验结果表明正弦振动加速度响应和随机振动的均方根加速度响应放大倍率均小于10。结构未发生大变形和破坏,结果表明该平动式支撑结构满足各项设计指标。