【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】導(dǎo)讀：光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的非球面主鏡采用多塊子鏡拼接的設(shè)計能夠突破口徑限制，由小拼大——使地面望遠(yuǎn)鏡邁向30米口徑，或由大縮小——將子鏡折疊后放入火箭整流罩發(fā)射到空間。根據(jù)高斯絕妙定理(Gauss theorem egregium)，非球面是不可劃分成形狀一樣、面積相等的六角形，而子鏡間的形狀、質(zhì)量差異對支撐結(jié)構(gòu)、鏡面精度有較大影響。因此，彎曲主鏡的劃分既涉及拼接鏡面的基礎(chǔ)理論，又是此類望遠(yuǎn)鏡建造的工程難點。
近日，中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所副研究員鄭奕團隊提出了采用逆向地圖投影進(jìn)行主鏡劃分的方法，相關(guān)研究成果以Primary mirror segmentation for large optical telescopes: an inverse map projection approach為題，發(fā)表在Applied Optics上。該研究分析了已有和在建的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、典型射電望遠(yuǎn)鏡的主鏡彎曲度，提出了平面、錐面、圓柱面和Goldberg多面體8種劃分規(guī)范和各自對應(yīng)的曲面范圍。研究表明，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡主鏡彎曲度都小于p/6，適用于平面向曲面投影的劃分方式。
該研究受到地圖投影的啟發(fā)，它將地球上的圖形繪制到平面地圖上，是人類科技發(fā)展上的古老問題。科研人員在此基礎(chǔ)上發(fā)展了逆向投影算法，獲得如下進(jìn)展：“保形逆向投影”，劃分獲得的六角形偏離正六角形的程度最小；“等面積逆向投影”，所獲子鏡的質(zhì)量相等；“等徑長逆向投影”，所獲子鏡外接圓最小，從而節(jié)省昂貴的鏡面材料。研究提出，“子鏡形狀的不規(guī)則度”和“子鏡面積差異”是劃分的關(guān)鍵制約因素，進(jìn)而提出綜合投影算法，可通過調(diào)節(jié)權(quán)重因子，得到各項指標(biāo)均衡的劃分結(jié)果。以三十米望遠(yuǎn)鏡為對象進(jìn)行評估，驗證了在該方法的有效性。
研究團隊積極參加“三十米望遠(yuǎn)鏡”項目，承擔(dān)劃分后具有不規(guī)則外形、復(fù)雜接口子鏡的外形加工，在大型數(shù)控五軸加工機床上進(jìn)行試驗，完成三十米望遠(yuǎn)鏡第63號子鏡的加工，檢測結(jié)果獲得三十米望遠(yuǎn)鏡光學(xué)組的認(rèn)可。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科技部國家國際科技合作專項項目的資助
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