中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

南极Dome A有着极佳的天文观测条件：气候寒冷干燥，红外背景辐射低；大气尘埃少、透过率高；极夜时间长；人工光源污染少。依照多波段的观测结果，证明了Dome A是目前世界上最优秀的地基望远镜台址之一。
我国2009年在南极Dome A设立了南极昆仑站，并依托该站点开展了Dome A的天文观测工作，取得了大量天文观测成果。依照南极天文台的规划，南极天文技术中心计划在南极Dome A观测场地架设2 m级的大型高精度天文望远镜。
为了将望远镜抬升至Dome A平均13.9 m的大气边界层上，以获得最佳的观测条件，可以使用钢结构塔架抬升望远镜。钢结构塔架具有质量轻、强度大等优点。但在南极架设望远镜塔架还是存在着包括冰雪地基强度、结构安全等方面的诸多问题。
为了解决在南极Dome A架设大型望远镜塔架的问题，文章对南极Dome A的冰雪地基与望远镜塔架结构进行了深入研究。首先，对南极Dome A的冰雪地基抗压强度进行了测量。依照前人对冰雪地基的研究，使用冰雪强度测量仪对Dome A表面1.1 m深的冰雪地基的抗压强度进行了测量，并对测量数值进行了分析，得到冰雪地基抗压强度的最大值为3.820 MPa，最小值为1.052 MPa，均方根（RMS）为1.962 MPa，与理论值基本符合。
其次，基于结构设计的基本方法与理论，通过有限元分析对钢结构塔架的形状、尺寸以及塔架节点的拓扑结构进行了优化。通过优化设计得到了符合望远镜塔架设计要求的双层嵌套结构的六边形塔架。
再次，对所设计的望远镜塔架结构进行了仿真校核，在南极Dome A冰雪地基环境下对望远镜塔架进行了动力学与静力学分析。对塔架的前6阶模态进行了分析，得到了相应的模态频率与模态振型。对望远镜塔架在40 t望远镜载荷下的状态进行了分析，得到塔架的最大应力值为11.059 MPa，远小于塔架的许用应力值；得到雪面的最大应力值为0.133 MPa，远小于计算得到的雪面承压许用应力。对塔架在等效10 m/s风载荷的横向静载荷下的顶部转角进行分析，得到转角的最大值为0.054 arcsec，满足望远镜的观测要求。
最后，文章根据相似定理制作了望远镜塔架缩比试验件，设计并进行了塔架缩比试验件模态敲击试验与静载荷试验。通过力锤敲击激励试验测得缩比模型的1-4阶固有频率，分析得到其与仿真值的偏差率最大值仅为9.59%。通过静载荷试验，对塔架缩比试验件施加横向载荷以模拟横向的风载荷，试验结果与仿真结果的偏差最大值为0.100 mm。静载荷试验结果与仿真结果基本符合，说明塔架设计结果与仿真结果真实可靠。模态试验与静载荷试验的结果证明塔架设计的结构符合预期，可以满足设计的要求。