本文提出新建一台4.3米光学红外新技术望远镜设计方案并采用圆柱方顶观测室。

四翼十字形中心支撑结构是大型望远镜中次镜支撑的典型结构,其动力学性能直接决定着光学成像视轴的稳定性和精确性.基于板壳理论,采用Rayleigh方法,通过选取恰当的振型函数,建立了次镜支撑结构的动力学模型.针对支撑筋板不同的结构参数,分别进行了数值仿真和有限元分析,二者规律相同,结果基本一致,认为该方法可以用于类似结构动力学特性的计算.

主镜面型精度是地基大口径望远镜最关键的技术指标之一。为了研究主镜室以及主镜底支撑和侧支撑系统的重力变形造成的主镜面型误差,介绍了一地基光电望远镜的主镜室及详细的主镜支撑结构,借助于有限元法,建立了主镜,主镜室和支撑结构的详细有限元模型,分析计算了主镜在支撑状态下的镜面变形情况,并通过ZYGO干涉仪进行了面型检测。计算结果和实测结果对比,说明了主镜室及其支撑结构引入的主镜面型误差大小,同时也验证了有限元模型的正确性。

研究了液晶自适应光学系统对模拟双星的校正．首先测定了LCOS液晶波前校正器的位相调制特性．结果表明其可以实现一个波长的调制量．同时，利用Gamma校正实现了位相和灰度级的线性调制关系．然后把液晶波前校正器和哈特曼波前传感器组成自适应光学系统，并和口径220mm的望远镜对接，实现了对模拟双星的探测和校正分辨．

本文介绍了一种全部采用反射元件的变焦望远镜的设计过程。介绍了在确定其初始结构和后续优化过程的特殊考虑。测试了由于采用反射变信的形式造成的非非常规光瞳特性引起的非常规优化过程。也介绍了设计结果。

提出用Golay3稀疏孔径取代望远镜两镜系统中的主镜,以在保证望远镜角分辨率的同时减少系统的质量和体积。首先利用三级像差理论设计了一套两镜系统,其中主镜是球面镜,次镜是双曲面镜。用Golay3稀疏孔径代替主镜,分析了填充因子与子镜半径的关系。然后,通过Zemax程序对系统进行模拟,分析了系统的调制传递函数特性及点列图。最后,在次镜后加入两块熔石英校正镜,并优化校正镜表面曲率半径以及成像工作距离以改进视场。通过Zemax程序模拟发现：系统的截止频率随着主镜填充因子的减小而减小,从F=22.2%的114.5lp/mm到F=15%的97.7lp/mm,再到F=10%的77.8lp/mm;另外,在成像面之前加入校正镜极大地提高了系统的视场,在0.3°视场下,加入校正镜之前的最大像斑半径均方根值是加入后的2.5倍左右。

风载是影响地基大口径光电望远镜性能的重要因素之一,其作用会直接影响主次镜面型精度,引起望远镜指向误差,从而降低其成像精度和跟踪性能。为了研究风载对望远镜的影响程度,介绍了风载的概念,建立了风压力谱的数学模型。借助有限元法,建立了1.2 m望远镜系统的有限元模型,分析了主镜在静态风载压力下的面型变化,以及望远镜系统在动态风载作用下的随机响应情况。计算出风载引起主镜镜面变形RMS值为0.65 nm,跟踪指向误差RMS值为0.015 6″。结果表明：风载影响在精度允许范围之内。

极轴式望远镜没有天顶盲区,理论上,只要控制一个轴,就可以观测所有天区,控制比较容易,这使得在天文观测中,许多望远镜都采用极轴形式。对研制的极轴式望远镜跟踪架结构进行了较为详细的论述,特别是光学系统、赤纬和赤经系统与以往的极轴式望远镜有很大的不同。Whiffle-Tree主镜支撑结构,赤经系统轴向止推和径向支承复合轴系,在国内大型望远镜上首次应用。

塔架系统的振动特性对望远镜的成像质量具有重要的影响。以望远镜塔架模型为研究对象进行模态分析,针对无参数化模态分析引起模态参数不准确的问题,提出采用最小二乘复指数法（LSCE）进行试验模态分析,确定结构的模态频率、阻尼比和模态振型。通过稳态图方法剔除识别过程所衍生的虚假模态,又通过模态置信判据验证模态的相关性,提高了模态参数识别结果的准确性,与无参数化试验模态分析结果对比表明,模态频率的最大误差仅为4.4%,一致性较好,结果表明LSCE算法的正确性和适应性。

为了深入研究望远镜的负载扭矩随着温度降低而增大的机理，提高低温下伺服系统的跟踪精度。首先分析了轴承摩擦扭矩的各种影响因素和低温对负载扭矩的影响，研究了润滑剂黏度随温度的变化规律，试验对比了有无添加润滑脂情况下负载扭矩的变化，结果表明在低温下无润滑脂时负载扭矩的波动减少并且线性度提高。其次分析了轴承摩擦扭矩和间隙的关系，采用电阻应变片法测量不同材料在不同温度下的热膨胀系数，建立起材料膨胀系数和扭矩的相关特性，结果表明低温下负载扭矩是常温下的6.67倍，而材料尺寸的最大缩短量达到960με。通过对低温负载扭矩机理的研究，可为低温环境下望远镜的精确控制提供理论和试验数据。