大型太阳望远镜主动光学技术研究

The Chinese Giant Solar Telescope (CGST) is the next generation solar telescope project of China. The scientific goal of CGST is to realize observation and study for the meticulous structures with scale of 20km on the solar surface at wavelength of 1 micron. 8 meter Ring Solar Telescope (8m RST) is the most representative scheme of CGST and proposed to be constructed with segmented mirror. The active control of RST is different from that of large stellar telescopes, such as Keck. For one thing, since the primary mirror is a ring, the mosaic pattern and the corresponding control model of the primary mirror are different from those of segmented mirror with full aperture. For another thing, to avoid the image deterioration due to the mirror seeing and dome seeing, especially in the case of the concentration of flux in a solar telescope, large aperture solar projects prefer to adopt open telescopes and open domes. In this circumstance, higher solar radiations and wind buffeting act on the primary mirror directly, which gives new challenges to the active control capability. In view of the specific characteristics of the active control of RST, we propose to carry out the study on the active control model of RST, and the environmental impact study on larger solar telescope with segmented mirror. We aim to obtain the strategies of active optics in CGST, with which CGST can realize diffraction-limited imaging at wavelength of 1 micron. The technical requirements for implementation are also proposed to be clarified.

中国巨型太阳望远镜(CGST)是由我国太阳物理界提出的巨型太阳望远镜计划，拟在1微米实现太阳表面20km 精细结构的观测和研究。8米环形望远镜(8m RST)是其最重要的方案，并且计划采用拼接镜面主动光学技术。8m RST的拼接镜面主动光学与夜间拼接镜面望远镜有所区别。首先由于主镜的环形结构，其拼接方式以及相应的主动控制模型不同于全孔径拼接镜面望远镜；其次为了避免热致圆顶视宁度和镜面视宁度对像质的破坏，大型太阳望远镜倾向于采用敞开式圆顶进行开放式观测。开放式观测会使望远镜直接承受高热辐射、高风压的作用，对主动光学的校正能力提出了新的挑战。基于RST主动光学的特殊性，本项目就RST环形拼接方案的主动控制模型，以及热和风对拼接镜面太阳望远镜的影响进行研究，旨在为CGST在1微米实现衍射极限成像提供可行的主动控制方案，并为方案的实施提供技术指导。

中国巨型太阳望远镜(CGST)是由我国太阳物理界提出的巨型太阳望远镜计划，8米环形望远镜(8m RST)是其最重要的方案，并且计划采用拼接镜面主动光学技术。本项目就8m RST环形拼接方案的主动控制模型，以及热和风对拼接镜面太阳望远镜的影响进行研究。在主动控制模型方面，针对单圈子镜拼接方案提出了采用正则化因子的优化模型，解决了单圈拼接方案误差传播的问题，正则因子0.03拼接望远镜能够实现在1微米波长上的衍射极限成像；建立了两圈拼接方案的主动控制模型，并对拼接形式进行了设计。对环形拼接方案控制矩阵的不确定性进行了研究，获得了传感器和促动器的安装误差容限，安装误差小于0.6m，不会对控制系统稳定性产生影响。结合样镜表面温度和周围环境实时监测数据对环境因素对拼接镜面太阳望远镜的影响进行了研究。在热影响方面，采用热固耦合仿真获得了热致形变对子镜边缘高度影响的量级，其数值在80nm-420nm，会对子镜边缘高度测量产生明显影响，因此控制模型和子镜边缘高度需要进行定期定标；对环形拼接方案的抗风性能进行了综合评估，对测量系统的测量精度，子镜支撑的整体刚度提出了要求，明确了通过挡风板设计将平均风速降到2m/s是环形拼接望远镜实现的必要技术途径。本项目的研究可以为8m RST拼接方案的实施提供技术参考。