三十米中国未来巨型望远镜主桁架结构的概念设计

导读

随着天文学日新月异的发展，人们对天文望远镜性能的需求也越来越严格。为满足人们对宇宙空间更好的探索，目前国际上正积极地建设口径位为20 m-40 m量级的极大口径光学红外望远镜。但是由于技术的限制，实现更大口径的望远镜并达到对应的光学设计要求仍然面临着巨大的挑战。

中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所胡守伟提出了一种提出了一种新的轻量化钣金焊接结构的30 m中国未来巨型望远镜方案，并在此基础上进行大量的有限元建模、优化和仿真分析，为我国未来巨型望远镜的研制提供了技术参考。

1.极大望远镜主桁架结构介绍

典型案例

目前，所有极大望远镜如30米望远镜（TMT）、欧洲极大望远镜（E-ELT）、巨型麦哲伦望远镜（GMT）等的解决方案都是基于“摇椅概念（rocking chair concept）”而进行设计的。然而，各极大望远镜解决方案的区别主要体现在高度结构的设计上，如图1所示。

 

图1.极大望远镜三维设计图

TMT最初的主镜桁架变形量大约为10 mm，在桁架结构的外围底部增加了一层支撑杆件之后，其主镜桁架支撑变形量可以控制在5 mm以内。

E-ELT主镜桁架支撑采用的钢架桥结构模式，它是由受弯的上部梁结构与承压的下部立柱整体结合在一起的结构。E-ELT主桁架支撑结构最大位移为5.92 mm。

GMT的主镜是由多块镜面组合的，而不是常见的拼接镜面。其高度结构采用的是轻量化焊接组件支撑方式，这种设计无需考虑顶层节点的对应问题。

新提出的设计方案

极大望远镜的不同实现方式，最主要的区别在于高度结构的设计上。该文章提出了一种新的高度焊接结构支撑方式，这种设计将非常利于拼接镜面子镜室和摇椅架结构的接口连接，如图2所示。

  

图2.30米中国未来巨型望远镜主体桁架结构概念设计