丽江2.4米望远镜高精度快速响应跟踪系统的研究

Tracking precision of telescope is an important indicator for evaluation a telescope, to improve telescope tracking precision can stabilize rapid image motion by atmospheric turbulence, error of telescope tracking precision and mechanical shaking, it can improve observational precision effectively. Especially for long exposure time and high precision spectrograph observation, it’s very important. With observers require, observation precision are more and more high, it’s very urgent to improve capability of telescope detectives. We present base on folding mirror of cassegrain instrument fast exchange system and tip-tilt mirror technology to develop a correction system for 2.4m telescope Correction will be accomplished at closed-loop frequencies of ≤200Hz on guide star with λ=550nm and magnitude ≤13. Tracking precision of 2.4m telescope can achieve less than 0.05” per hour. All instruments on cassegrain can use the tracking system. In the system, YFOAC can improve 1 magnitude; Lijiang Exo Planet tracker can improve 2.5 magnitudes；High Dispersion Fiber Spectrograph can also improve 1-1.5 magnitudes with λ=550nm， They can obtain higher S/N in the same exposure time and can observe much more and fainter stars.

望远镜跟踪精度是评价望远镜性能的一个重要指标，提高望远镜的跟踪精度可以有效克服因为大气抖动、望远镜跟踪误差和机械振动等因素引起的星像质心位置的漂移，有效提高观测精度，特别是对长曝光光谱的高精度观测来说，尤其重要。随着观测者对观测精度的要求不断提高，增强2.4米望远镜的观测能力变得日益紧迫。本项目拟通过改造2.4米望远镜卡焦仪器快速切换系统，利用倾斜镜技术，实现2.4米望远镜高精度快速响应跟踪，可以使2.4米望远镜的闭环跟踪精度提高到<0.05”/小时，是目前闭环跟踪精度的10倍。在此系统下，YFOSC光谱观测的极限星等可提高1个星等；LiJET会提高2.5个星等；高色散光纤光谱仪也可提高1-1.5个星等（λ=550nm），能探测到更多，更暗的目标，在相同的曝光时间内可以获得更高的信噪比。

项目完成了利用倾斜镜技术在2.4米望远镜高精度快速导星上关键技术的研究，并研制了一套原理样机，通过测试及试观测表明，实现2.4米望远镜的闭环跟踪精度达到<0.07”/小时，经过测试和分析，虽然没有实<0.05”的跟踪精度，但是在一个数量级的情况下，倾斜镜的效果一致，由于倾斜镜只能很好的稳定星像位置，并不能有效解决大气带来的波前影响，其对大气的矫正只能在12Hz左右，国外同类口径望远镜也证明了此结论。利用高色散光谱仪验证结果表明传统手动控制望远镜的跟踪精度为1.24”（RMS）；望远镜闭环跟踪精度为0.46”(RMS)与2.4米望远镜闭环跟踪精度0.5/h”相一致；利用倾斜镜系统校正后的跟踪精度为0.07”(RMS),为望远镜本身闭环跟踪精度的7.3倍，是手动导星精度的17倍。倾斜镜跟踪突破了传统高色散光谱仪导星极限星等的限制，根据对LIJET的测试计算，在反馈CCD在相同曝光情况下，改变增益，频率在80HZ时，可以很容易获得14等星的高精度跟踪，增加曝光时间，减小反馈频率，可以很容易获得17等星的高精度跟踪。利用光谱仪，如果一个晚上可以观测3个目标源的光谱，利用传统导星方式每次需要操作10分钟左右，根据2.4米望远镜全年平均有效220夜来计算，每晚平均观测3小时，利用倾斜镜导星的跟踪的方式，一年可以为2.4米望远镜节省约110个观测小时，如果按照每个目标1小时曝光时间来计算，一年所节省的操作时间可以为2.4米望远镜增加110个目标源/次，对于增加科学产出具有重要意义。