大口径主动光学实验望远镜 大口径主动光学实验望远镜

最小化 最大化

   LAMOST是国家重大科学工程项目。它的特点是拥有大口径的同时兼有大视场。在国际上是最大口径的大视场望远镜。在一块大反射镜上同时应用拼接镜面和薄镜面主动光学技术是LAMOST的主要技术创新同时也是主要技术难点。
  LAMOST的光学系统是由球面反射镜MB、反射施密特改正板MA和焦面构成的反射施密特系统。这两个大反射镜都是拼接镜面,分别由37块和24块子镜构成。在跟踪观测过程中,MA的面形要随着时间而改变。因此,LAMOST中同时采用了薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学这两种新技术,在世界上还没有先例,是主动光学中的难题和挑战。
  由于南京天文光学技术研究所的拼接镜面实验系统已成功的拼接了3块六角形镜面,又考虑到时间和经费问题,LAMOST中的拼接镜面主动光学部分就没有考虑再做实验。但关于薄镜面主动光学部分,虽然在室内的实验装置上是很成功的,但考虑到:在镜面口径、镜厚比、镜面形状、力促动器的面密度、主动校正范围等都有不同;LAMOST中光路长为60米(光轴长40米),还要考虑在这么长的光路上消除气流扰动对成像的影响;另外LAMOST将工作在环境恶劣的室外环境中;要主动校正在跟踪天体的过程中各子镜的重力变形;子镜支撑、力促动器、跟踪控制等多方面还需要在逼近真实工作的条件下进一步优化;于是,苏定强院士和崔向群总工程师提出并由崔向群总工程师主持进行了LAMOST的1:1的子单元的、可以模拟不同子镜的、可以实时跟踪观测天体的室外主动光学实验。
  LAMOST主动光学实验系统是由一块施密特改正板MA的子镜及其主动支撑系统和地平式跟踪机架、一块球面主镜MB的子镜及其支撑系统,和焦面及Shack-Hartmann波前检测仪构成。这个实验装置其实就是一架口径约1米的光轴长40米的LAMOST。两块子镜对角线长均为1100mm,厚度分别为25mm和的75mm。模拟不同子镜时,将焦面和MB作相应的移动和转动。与真正的LAMOST望远镜不同的是MA在南,MB在北,而且MB的光轴是水平放置的,没有倾斜25°。
  主动光学实验中,用Shack-Hartmann波前检测装置检测波面形状,再根据计算,由计算机控制力促动器实现主动光学的闭环控制子镜的偏轴非球面面形。2002年底薄镜面主动光学的闭环控制成功,并获得2002年国家天文台十大科技进展奖。校正星象最好达80%光能量集中在0.5角秒直径的园内。
  模拟LAMOST观测中的情况,在实验中实时跟踪天体,完全根据当时的天体位置计算子镜所需的非球面面形,由此面形计算并由薄镜面主动光学控制系统控制精确产生此面形,从而保持好的像质实现主动光学的开环控制。2004年8月,开环实验成功。
2004年12月30日大口径主动光学实验望远镜装置通过了国家重大科学工程项目工程指挥部的验收和江苏省科技厅的鉴定。专家们认为:大口径主动光学实验望远镜是一架改正镜为1.1米的国际上第一架采用主动光学技术的反射施密特望远镜。利用本实验装置,经过现场测试,在自准直闭环校正及视宁度(FWHM,采用DIMM方法)1.3~3.3角秒的情况下,可保证80%的能量集中在直径为0.39~0.94角秒的圆内;用开环校正对天体进行跟踪观测,在视宁度(FWHM,采用DIMM方法)为2角秒左右的情况下,可保证长时间(2-4小时)80%的能量集中在直径为1.6角秒左右的圆内,获得了高水平和高精度的结果。本装置用六角形薄镜面为主动光学中的可变形镜,发展了相关的主动校正力的定标计算方法,并用主动光学开环控制的技术成功地在薄镜面上产生偏轴非球面,补偿了光学系统的像差,解决了大口径、大视场反射施密特望远镜的关键技术之一,属于国际首创。本装置的实验成功不仅为我国重大科学工程LAMOST的建成打下了可靠的基础;而且使我国掌握了大口径薄镜面主动光学的关键技术;并开创了天文光学中大口径、大视场观测的新局面。

  大口径主动光学实验望远镜装置获2005年江苏省科技进步一等奖,2006年国家科技进步二等奖。