大型光学望远镜子镜单元微位移促动器综述

刘炎森,张景旭,杨 飞,安其昌

(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033；2.中国科学院大学,北京 100049)

1 引 言

大型光学望远镜有单块主镜和拼接主镜两种形式,单块主镜受加工精度、制造成本、镜面变形以及运输安装等因素影响,口径在达到一定程度后便无法再继续增大。目前最大单块主镜望远镜口径达到8 m级。拼接镜面主镜是由小块的子镜按顺序排列而成,通过子镜主动支撑技术完成各自位置的调整。因其制造和应用等方面的可行性,使其能够支持望远镜向更大口径发展。目前涉及到该技术的大型望远镜包括已经建成的10m级望远镜W.M.Keck telescope(Keck),KeckⅡ,Hobby-Eberly Telescope(HET),Southern African Large Telescope(SALT),Gran Telescopio Canarias(GTC)[1-8]和我国的4 m级望远镜Large sky Area Multi-Object Spectroscopic Telescope(LAMOST)[9],正在建设当中的包括25 m级望远镜Giant Magellan Telescope(GMT)、30 m级望远镜Thirty Meter Telescope(TMT)和European Extremely Large Telescope(E-ELT),以及6 m级太空望远镜James Webb Space Telescope(JWST)[10-13]。

微位移促动器是拼接镜面望远镜子镜支撑系统的关键部件,起到支撑和调节子镜位姿的作用。促动器通过高精度的伸长或缩短,控制每块子镜按照设计要求排列在指定位置,从而实现各子镜的共焦和共相。拼接镜面光学红外望远镜的促动器均需达到纳米级分辨率和毫米级的行程。随着望远镜口径的不断增大,其所受重力和风载等影响导致的结构的变形量更大,所需促动器的行程因此变得更高。而大行程和高精度在实际应用中很难同时实现,已建10米级望远镜中应用的促动器无法直接应用于未来30米级或更大口径的望远镜中[14]。国外已经尝试采用粗精结合的方式,即将促动器的功能分成卸载系统和精调两部分,来提高促动器的行程。……