中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

目前我国正在建设和预研数架2.5m级别的地基光学望远镜，适合这些望远镜运行的优良台址大多处于高海拔、低温度和不易到达的环境下，存在望远镜组件不易输送，科学家难以长期驻留等问题，以上困难对望远镜的主镜支撑系统设计提出了诸多挑战。
 
本文以南极天文台规划建设的2.5m昆仑暗宇宙巡天望远镜（KDUST）的主镜支撑系统为研究对象。首先总结国内外 2.5m级光学望远镜主镜支撑系统的发展现状，介绍南极 Dome A 地区的极端环境和 KDUST的光学系统。然后总结微晶玻璃（Zerodur）、超低膨胀玻璃（ULE）、硼硅酸盐玻璃（Borosilicate）和碳化硅（SiC）4 种材料反射镜的轻量化方法、结构形式、制备流程和应用现状。其次介绍镜面支撑原理及实现形式，结合极端环境和光学系统要求拟定轻量化主镜支撑系统的技术指标，相应提出两种方案，背部局部开放式蜂窝夹芯主镜方案和背部完全开放式扇形孔主镜方案。然后介绍两种常用的结构优化方法，基于有限元计算直接优化和基于响应面近似模型优化，结合两种方法的优点提出一种适合主镜轻量化和支撑点布局集成设计的混合优化方案。两种轻量化主镜的轴向均采用 54 点 whiffletree 支撑，综合结构特点和分析结果，背部局部开放式蜂窝夹芯主镜的径向采用外边缘24点不等角间距不等力推-拉-剪支撑，背部完全开放式扇形孔主镜的径向采用24 点不等力面内支撑，分析结果表明两种方案均能满足设计要求。最后综合考虑加工能力、制备成本和分析结果确定采用背部完全开放式扇形孔主镜方案。
 
以上工作重点面向极端环境下的地基光学望远镜主镜支撑系统的设计难点，包含一般2.5m级单镜面轻量化主镜支撑系统的大部分内容，可为未来我国数架地基光学望远镜的主镜系统设计分析提供有益的借鉴和参考。