中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

天文光谱仪伴随望远镜坐落在高海拔低温台址，面对全年季节性大温差环境，要求仪器具有较强的结构热稳定性来保障科学观测的有效性。

本文依托为2.5米望远镜研制的夜天文光谱仪项目，开展了仪器结构热稳定性解决方案的研究。本文首先根据该夜天文光谱仪的光学设计方案与安装台址环境条件，建立了温度变化范围等边界条件，从单透镜、镜组等结构出发，分析了光谱仪初始结构的热稳定情况，包括温度变化引起的透镜几何参数改变、镜面热应力、镜间距等。进而利用光谱仪的光学模型分析了温度变化对仪器光学性能的影响，在温度变化造成离焦主导的像质变化外，深入研究了温度变化引起的光谱像斑漂移现象，确认本文依托项目对仪器结构热稳定性设计的具体需求。

随后，本文从消热结构应用和环境温度控制两种不同设计思路出发进行方案研究。首先，基于传热学理论研究了基于低膨胀结构的被动热控方案，使用基于因钢杆的锚点+浮动平台方式使镜组间距保持不变，并使用消热结构保持镜组内的透镜间距不变。分析结果表明镜组间距不变和镜间距不变的被动热控方案无法有效地改善本课题光谱仪的光谱像斑漂移问题，温控方式才是有效途径。

继而，考虑到天文仪器有减少发热量的需求，本文研究了基于真空绝热板的整体被动温控方案。本文调研了多种隔温材料，选择了真空绝热板作为仪器恒温舱的隔温材料。通过小型恒温舱的隔热性能测试和仿真对比，确认了真空绝热板的主要隔温参数，进一步模拟在观测夜中8小时降温10℃条件下的恒温舱内温度变化情况。结果表明真空绝热板制成的恒温舱具有优异的保温性能，能够保障仪器在一天到一周的短时段内结构具有较好的热稳定，但对于全年季节性的温度变化，本文仍建议对实验室或仪器舱进行适度的主动温控，缩小全年温差，提高仪器的观测性能稳定性。

本文的研究成果将为2.5米望远镜夜天文光谱仪研制项目的热控系统设计提供关键的技术参考。