中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

“阿里原初引力波探测计划”属于我国“引力波探测计划”中的地面实验部分，是由中科院高能所牵头，国内多家单位参与的中美合作项目。本论文研究课题来源于该项目，研制一架口径 500mm 探测实验基座，用于对相关关键技术的实验研究。阿里处于高海拔地区，为了运送维护方便、能够承受强风力以及有高的指向精度，本课题将对探测器基座建模优化使其尽可能的高的刚度质量比、低的转动惯量和高的扭转刚度。基于探测器基座需要高速扫描以及快速换向这一特点，本课题并未采用一贯的液压轴承，而是用圆弧导轨替代。同时将磁悬浮卸荷应用于探测器基座当中，以期设计出一台能适应恶劣环境又有可靠精度及稳定性的探测器基座。
 
本文首先从望远镜的使用条件出发对比了永磁卸荷技术和电磁卸荷技术的在望远镜方位轴系上应用的优劣，通过使用Maxwell 等软件对两种卸荷方式进行仿真论证并最终确定使用电磁卸荷的方式。本文对比了分段圆弧导轨和传统方位轴轴承的性能，讨论了圆弧导轨用于引力波探测器的优势和潜在价值。 

对基于圆弧导轨和电磁卸荷技术作为方位轴系的探测望远镜基座进行结构建模。结构建模主要分为四个方面，即探测器支撑平台结构设计、探测器方位轴系设计、中间块机构设计、高度轴系结构设计。在中间块机构设计包括了原初引力波探测望远镜所特有的镜筒自转机构。在设计过程中本文提出了一种自学习分段圆弧导轨共圆拼接装置，用来对分段圆弧导轨进行高精度的拼接。通过使用Ansys workbench软件对用于方位轴系的狭缝联轴器扭转刚度进行仿真优化，并达到了相应的刚度要求。本文通过使用有限元分析软件对方位轴系中 6 个滑块进行了受力分析及位置调整、对探测器基座在极端环境下的抗风载能力进行验证、对探测器基座模态进行了仿真计算结果显示其具有良好的可靠性。 

最后对设计的原初引力波探测器基座进行加工和装配，对基于本装置的实验方向和对未来探测器的研究方向进行归纳总结。