大口徑主動光學實驗望遠鏡裝置

“大口徑主動光學實驗望遠鏡裝置”即實現在一塊大鏡面上同時套用薄鏡面（可變形鏡面）主動光學技術和拼接鏡面主動光學技術裝置。

主動光學技術

天文學追求探測更加遙遠、更加暗弱的天體，因此需要研製口徑更大，成像質量更高的望遠鏡，主動光學技術則有助於實現這一目標。主動光學技術是一門包括光學、力學、計算機技術、自動控制、精密機械等多專業的綜合技術，國家重大科學工程項目——大天區面積多目標光纖光譜望遠鏡（英文簡稱LAMOST）的主要關鍵技術之一就是“大口徑主動光學實驗望遠鏡裝置”。

LAMOST的光學系統

LAMOST的光學系統是由兩塊拼接鏡面，即反射施密特改正板MA和球面主鏡MB加上焦面構成。MA和MB分別由24塊子鏡和37塊子鏡構成。在跟蹤觀測過程中，MA的面形要隨著時間而改變。雖然關於薄鏡面（可變形鏡面）主動光學技術早已取得室內實驗的成功，但考慮到在室外及實際套用中將還會面臨諸多難題，如：各子鏡的鏡面口徑、徑厚比、鏡面形狀、力促動器的面密度、主動校正範圍等都有所不同；LAMOST中光路長達60米（光軸長40米），在這么長的光路上

反射施密特改正鏡(左)和球面主鏡(右)

如何消除氣流擾動對成像的影響；如何主動校正在跟蹤天體的過程中各子鏡的重力變形；子鏡支撐、力促動器、跟蹤控制等多方面還需在逼近實際工作的條件下進一步最佳化，1998年，以崔向群研究員和蘇定強院士為首的研究團組開始進行LAMOST的1:1的子單元的、可以模擬不同子鏡的、可以實時跟蹤觀測天體的“大口徑主動光學實驗望遠鏡裝置”項目的研究。

球面主鏡

“大口徑主動光學實驗望遠鏡裝置”項目

“大口徑主動光學實驗望遠鏡裝置”項目組成功地研製出一架採用主動光學技術的施密特改正板為六角形（對角徑1.1米）薄鏡面的反射施密特望遠鏡，該實驗望遠鏡是由一塊很薄的六角形施密特改正鏡（板）A及其主動支撐系統和摩擦驅動地平式跟蹤機架、一塊六角形球面主鏡B及其支撐系統，和焦面及Shack-Hartmann波前檢測器構成。它是國際上第一架用主動反射施密特改正板的望遠鏡，也是我國目前已研製成功的最大的施密特望遠鏡，同時是世界上第一個用六角形鏡面作主動校正鏡的薄鏡面主動光學系統。該實驗望遠鏡不僅實現了在每次觀測過程中實時主動光學的閉環控制，還實現了3小時左右主動光學的開環控制，在國際上首先在觀測跟蹤天體的過程中實時地根據理論計算用主動光學開環控制的技術在薄鏡面上產生離軸非球面，以補償實驗系統的離軸光學系統的不斷變化的像差，獲得用傳統方法不能實現的光學系統，在包括大氣視寧度即大氣擾動的情況下，望遠鏡觀測天體的成像質量達到80%能量的直徑小於1.6角秒。這些技術指標均達到了國際領先水平，且研製的地平式機架的摩擦驅動跟蹤系統也達到國內領先水平。

“大口徑主動光學實驗望遠鏡裝置”項目技術難度很大，卻能在多項技術上取得重大突破，具有多個首創性，它的成功是南京天光所的天文光學技術專家、精密機械專家和自動控制專家們共同用智慧、心血與汗水創造的，完全是我國自主創新的成果。其研究和發展的主動光學技術不僅可用於實時校正望遠鏡的重力變形和熱變形，還可獲得傳統的方法不能實現的光學系統，已成功套用於我國自主創新的LAMOST類型望遠鏡上，為LAMOST在每塊子鏡上實時產生偏軸非球面，為實現拼接鏡面主動光學技術和薄鏡面主動光學技術邁出了決定性的一步，解決了大口徑的大視場望遠鏡的技術難題，屬於國際首創。同時，為我國自行研製30－100米光學/紅外巨型望遠鏡打下了堅實的基礎，為開創天文光學中大口徑、大視場觀測的新局面做出了重要貢獻。

“大口徑主動光學實驗望遠鏡裝置”由南京天光所研製，榮獲2006年度國家科學技術進步二等獎。