国外大型地基望远镜主镜支撑综述

　　1 引 言

　　随着现代天文学和军事技术的不断发展，人们希望建造更大口径的望远镜。1960 年苏联建成了当时世界上最大的 6 m 望远镜，这一望远镜的地平式装置使得新的更大的望远镜成为可能。1979 年一台新型的多镜面望远镜( MMT) 在美国建成。

　　1988 年美国在空间轨道上建成了一架 2. 4 m 的哈勃空间望远镜，主镜背部有 24 个力驱动器( actua-tors) 可以使主镜面形发生变化以改善其成像质量。1992 年一台新型的拼接镜面的 10 m 凯克( Keck) 望远镜建成，其主镜由 36 块尺寸为 1. 8 m 的正六边形的子镜面组成，这台望远镜的建成是现代望远镜制造史上的又一个里程碑。1997 年主镜直径为 10 m的半固定式的拼接球面望远镜( HET) 建成。1998年第二台凯克( KeckⅡ) 望远镜建成。1999 年口径为 8. 2 m 的日本昴星团( Suburu) 望远镜和口径为8 m 的双子座( Gemini) 北方望远镜建成。同时包括由四台口径为 8 m 的欧洲甚大望远镜( VLT) 的单元也逐渐建成。双子座南方望远镜以及由两块 8. 4 m主镜组成的大型双筒望远镜( LBT) 也已经建成。而由亚利桑那大学光学中心承担的由 7 块 8. 4 m 子镜单元组成的口径达 21 m 的望远镜( GMT) 也正在建造中。目前 30 m 口径的 GSMT 拼接镜面望远镜的方案正在计划之中，雄心勃勃的 100 m 口径的光学望远镜的方案正在形成[1]。

　　一个显著的事实是随着望远镜口径的增大，如何保证望远镜主镜的面形精度成为一个首要问题，对主镜的支撑提出了更高的要求，主镜的支撑系统包括两个组成部分，分别是承受主镜质量的轴向分量和径向分量的轴向支撑和径向支撑，其中轴向支撑是镜面变形的主要原因，为了更好地保证主镜的面形，人们采用促动器实时地改善主镜面形，这就是主动光学技术，主动光学技术的出现和应用使望远镜的设计思想有了重大飞跃。本文主要阐述了国外部分具有代表性的大型望远镜的主镜支撑及其结构。

　　2 主镜支撑原则

　　在镜筒指向天顶位置时，底支撑承担了主镜的全部质量，对面型精度的保持起主要作用; 在镜筒指向水平位置时，侧支撑承担了主镜的大部分或全部质量，对面型精度的保持起主要作用; 在中间位置时，底支撑和侧支撑共同起作用。主镜加工状态通常都是平放，即底支撑承担全部质量的状态，但检测( 4 m 以上通常立式检测) 特别是在使用时，通常是光轴水平状态。所以，主镜支撑结构设计要兼顾这两种状态，通过 CAE 详细分析找出最佳的支撑方案[2]。

　　主镜支撑一般遵循一下四个原则[3]:

　　( a) 主镜自由状态有 6 个自由度，主镜支撑要在不过定位状态下完全约束 6 个自由度;