科学重器-极大望远镜镜面自动校平系统

背景

该项目以美国30米望远镜（Thirty Meter Telescope）项目为参照。三十米望远镜，即集光口径为30米，在0.31-28纳米波段之间的的地基巨型光学－红外天文观测设备。由于其英文名称为Thirty Meter Telescope，因此也被简称为TMT。目前美国已经有了两台30米望远镜，欧洲有一台，中国还没有(LAMOST口径达4米)。

方案

三十米望远镜的主镜（M1镜）由492个独立的六角镜组成，30米/98英尺直径仅次于E-ELT的42米，采用拼接镜面主动光学、自适应光学以及精密控制等先导高科技技术。这些小镜子会在计算机控制下协同工作，效果就像一面单一的大镜子。它采用先进技术，能排除大气层云雾干扰而准确地观测天象。

望远镜跟踪天体的运动，在天体经过中天前后时进行观测。天体的光线经M1反射到M2，再经M2反射后成像在M3上。焦面上放置的光纤，将天体的光分别传输到光谱仪的狭缝上，然后通过光谱仪后的CCD探测器同时获得大量天体的光谱。

上千个力促动器实时控制M1的各个子镜，以便达到要求的形状。子镜直接通过主动位移促动器调节机构联接于主体桁架之上，利用拼接镜面主动光学技术实现共焦。由于望远镜露天使用，受环境的湿度，温度变化影响，每一块子镜的姿态都在不断发生变化，而每个子镜的实时姿态，要靠我们的精度系统检测给出，才可能通过微动促动器进行姿态调节，以达到各个子镜共焦的要求。该测量任务需要纳米级精度，其技术难度前所未有。为了保证主镜的观察精度，要求实时测量出相邻镜片的高度差和二面角，总共需要500套的传感器。

图1整体结构

图2对焦图

系统卖点

（1）每套传感器都可以达到4.9nm的精度；

（2）热膨胀几乎没有，传感器使用微晶玻璃制作，热灵敏度极其低，在温度变化25℃的情况下，热漂移不超过7nm。当然，我们也可以选择使用超殷钢来制作传感器，但如果使用这种材料，那么温度变化25℃的情况下，传感器的热漂移将达到39nm，好处就是价格会有优势；

（3）密封好，防灰尘，并且可以通过独特的散热方式，把系统的热量转移到望远镜远方，从而达到互不干扰的效果。

图3传感器结构图（微晶玻璃）

图4传感器结构（超殷钢）

总结

极大项目望远镜加上超高精度的传感器反馈而对镜面进行实时调整聚焦，将为我国提供更多的有效光谱数据，科学家可以通过光谱分析来获知遥远星体的信息，更好的了解银河系。

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