基于液体主镜和旋转漂移扫描的大口径大视场望远镜研究

Telescope with large aperture and wide field is important instrument for astronomical surveys of the faint objectives and space debris. The main disadvantage of traditional telescope is high cost and long building time. It's necessary to develop telescope with low cost, large aperture and wide field. A Liquid Mirror Telescope (LMT), which has rotating liquid mercury as its highly reflective primary mirror, has large aperture and diffraction limited image quality.Astronomy survey such as spectral observation, supernova and asteroid searching can be done with the rotating drift-scan technology which we have developed and mastered.The faint objectives, space debris and small satellites can also be observed by the mode of long time exposure. The project aims to build a prototype liquid mirror telescope with 1 meter clear aperture and 2 degree field. The research will enable us to master key technology such as optomechanical design for LMT, optical design,manufacture,and alignment for the prime focus corrector,the control methods for stable liquid mirror and its testing technique. There is also a great hope to break the restriction to the zenith and enlarge the observing area. The research result will improve the developing level of LMT in domestic, and make a foundation for the future development of LMT with larger aperture. The ability of searching and observation of astronomy objects, space debris, small satellite and faint space object will also be enhanced.

搜索发现暗弱天体和空间目标需要大口径、大视场光学望远镜，但传统望远镜造价高，建造周期长。本项目利用旋转的水银液面能形成大口径，低成本，成像接近衍射极限的抛物面主镜的特点，结合我们已经掌握的旋转漂移扫描ccd技术，不仅实现天文上的多天光谱观测、超新星和小行星搜寻等工作,而且能利用长曝光等工作模式，实现对暗弱目标、轨道空间碎片、微小卫星等的观测或监视。项目计划建造一台口径1m，视场大于2 的原理样机。项目的研究将使我们掌握液体望远镜整机设计理论、高稳定性液面控制及光学检测方法、大视场主焦点改正镜设计、加工、检验与装调技术等关键技术，并争取在扩大液体望远镜的可观测天区等方面取得一定突破。研究成果将改变国内液体望远镜理论研究缺乏，应用技术滞后的局面，为将来研制更大口径的液体望远镜，并将其推广应用到天文观测和暗弱空间目标的搜索中打下基础，增强我国监测微小卫星、空间碎片以及暗弱天体的能力。

研究背景：在LMT领域，国外已有长期的研究积累，国内相关研究与实验相对缺乏，本项目针对低成本大口径大视场望远镜研制中的几个关键技术开展攻关，为将来研制更大口径的LMT，并将其应用到天文观测和暗弱空间目标的搜索中打下基础，增强我国监测微空间碎片以及暗弱天体的手段。.研究内容：解决运动方向各不相同的低轨空间目标的跟踪问题，这方面我们将旋转漂移扫描CCD技术直接应用到LMT上，实现对任意方向空间目标的跟踪观测。其次是如何获得大视场主焦点改正镜设计效果。最后是液体主镜望远镜的相关技术攻关，具体包括主镜室的优化设计、水银液面的稳定性控制、液体镜面的光学检测和旋转轴稳定性控制，由于这方面国内没有相关研究经验，没有第一手的资料，所以是我们重点关注的研究内容。.重要结果：项目研制了一台口径1m，视场2°的液体主镜原理样机，并进行了实际天文观测，取得观测图像和数据，一定程度上弥补了国内在此领域内相关研究的不足。.掌握了液面主镜的相关技术，参研人员在过程中，逐步熟悉掌握了液体主镜的技术细节和关键点，取得了一定的工程经验积累，为更大口径的液面主镜研制打下了良好基础。如主镜的匀速控制、主镜胶层成型、液面减薄、水银加注及回收等，主镜转速稳定在十万分之五以下，液面一次闭合后厚度可以达到2.2mm，经减薄后可到1.6mm以下，满足一般要求的2mm以下的标准。对液面主镜进行了现场检验，并进行了实际对天观测，得到了多个观测夜的恒星观测数据。发表大视场改正镜研制论文一篇。.后续计划主要有两项，一是结合斑点干涉技术，进行大视场的斑点干涉观测，进行高分辨率双星及三星、以及其它延展目标的观测实验。本项目研制的望远镜的大视场观测能力和斑点干涉技术的高分辨、短曝光结合，将非常有利于发挥各自技术的长处。二是进行空间碎片的试观测。