導(dǎo)讀

隨著天文學(xué)日新月異的發(fā)展，人們對(duì)天文望遠(yuǎn)鏡性能的需求也越來(lái)越嚴(yán)格。為滿足人們對(duì)宇宙空間更好的探索，目前國(guó)際上正積極地建設(shè)口徑位為20 m-40 m量級(jí)的極大口徑光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡。但是由于技術(shù)的限制，實(shí)現(xiàn)更大口徑的望遠(yuǎn)鏡并達(dá)到對(duì)應(yīng)的光學(xué)設(shè)計(jì)要求仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)南京天文光學(xué)技術(shù)研究所胡守偉提出了一種提出了一種新的輕量化鈑金焊接結(jié)構(gòu)的30 m中國(guó)未來(lái)巨型望遠(yuǎn)鏡方案，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行大量的有限元建模、優(yōu)化和仿真分析，為我國(guó)未來(lái)巨型望遠(yuǎn)鏡的研制提供了技術(shù)參考。

1.極大望遠(yuǎn)鏡主桁架結(jié)構(gòu)介紹

典型案例

目前，所有極大望遠(yuǎn)鏡如30米望遠(yuǎn)鏡（TMT）、歐洲極大望遠(yuǎn)鏡（E-ELT）、巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡（GMT）等的解決方案都是基于“搖椅概念（rocking chair concept）”而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。然而，各極大望遠(yuǎn)鏡解決方案的區(qū)別主要體現(xiàn)在高度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，如圖1所示。

 

圖1.極大望遠(yuǎn)鏡三維設(shè)計(jì)圖

TMT最初的主鏡桁架變形量大約為10 mm，在桁架結(jié)構(gòu)的外圍底部增加了一層支撐桿件之后，其主鏡桁架支撐變形量可以控制在5 mm以內(nèi)。

E-ELT主鏡桁架支撐采用的鋼架橋結(jié)構(gòu)模式，它是由受彎的上部梁結(jié)構(gòu)與承壓的下部立柱整體結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)。E-ELT主桁架支撐結(jié)構(gòu)最大位移為5.92 mm。

GMT的主鏡是由多塊鏡面組合的，而不是常見的拼接鏡面。其高度結(jié)構(gòu)采用的是輕量化焊接組件支撐方式，這種設(shè)計(jì)無(wú)需考慮頂層節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)問(wèn)題。

新提出的設(shè)計(jì)方案

極大望遠(yuǎn)鏡的不同實(shí)現(xiàn)方式，最主要的區(qū)別在于高度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上。該文章提出了一種新的高度焊接結(jié)構(gòu)支撐方式，這種設(shè)計(jì)將非常利于拼接鏡面子鏡室和搖椅架結(jié)構(gòu)的接口連接，如圖2所示。

  

圖2.30米中國(guó)未來(lái)巨型望遠(yuǎn)鏡主體桁架結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)