[科普中國]-主鏡

主鏡支撐設(shè)計

傳統(tǒng)望遠鏡常用的主鏡支撐機構(gòu)主要有機械浮動機構(gòu)和杠桿重錘機構(gòu)兩種。大多2m以下的主鏡的底支撐采用機械浮動機構(gòu)，當(dāng)然也可采用杠桿重錘機構(gòu)。機械浮動機構(gòu)是支撐力和定位相結(jié)合的主鏡支撐機構(gòu)。而杠桿重錘機構(gòu)只是提供支撐力，需另外設(shè)置定位的結(jié)構(gòu)。相比之下，前者結(jié)構(gòu)緊湊，本身重量輕，因此應(yīng)盡量采用之。至于側(cè)支撐設(shè)計，一般而言．小于0．6 m的主鏡的側(cè)支撐(一般為杠桿重錘)可以設(shè)置在其外圓之上，這樣比較簡單。但對于較大的主鏡，這種側(cè)支撐將引起太大的鏡面變形。因此要采取在主鏡背面多處開孔的辦法，將若干杠桿重錘機構(gòu)伸入各孔之內(nèi)，使支撐點置于主鏡的“重心平面”上。采用杠桿重錘側(cè)支撐的主鏡一般中心開孔，套在主鏡室的“中心筒”之上，得以定位。1

機械浮動支撐機械浮動支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計要點是：

(1)盡量加強結(jié)構(gòu)件沿軸向的剛度，因為這樣可以減小鏡筒處于不同位置(水平位置和鉛錘位置)時結(jié)構(gòu)重力變形引起的主鏡的軸向位移。為此，最好采用軸向剛度較好的薄板形構(gòu)件。(2)盡量減小構(gòu)件之間的摩擦阻力，大梁轉(zhuǎn)動中心采用滾動軸承，其他小關(guān)節(jié)采用球面摩擦副，球頭用淬火鋼磨制，球窩材料為黃銅，兩者經(jīng)研磨跑合。當(dāng)然如空間允許，最好采用滾動摩擦的球關(guān)節(jié)，可以進一步減小摩擦力。

杠桿重錘機構(gòu)如圖是兩種杠桿重錘機構(gòu)設(shè)計，可用于赤道式或地平式機架。其中圖(a)是將用于底支撐和側(cè)支撐的杠桿重錘機構(gòu)分開的設(shè)計，側(cè)支撐作用在主鏡外圓，適用于小于1m的主鏡。圖(b)是將用于底支撐和側(cè)支撐的杠桿重錘安裝在同一個主鏡開孔處，但作用于不同部位(兩者保持彼此獨立)，側(cè)支撐伸入主鏡孔內(nèi)。1

輕量化主鏡原理主鏡變形主要是彎曲變形。根據(jù)力學(xué)原理，為了減小彎曲變形，一般物體的質(zhì)量應(yīng)盡量向外側(cè)分布，對主鏡來講，即要在直徑和總質(zhì)量不變的條件下，盡量增大其厚度。至于薄鏡面，要靠增加支承點數(shù)(被動支承whiffletree，或主動支承)來保持鏡面形狀。2

基本類型(1)背面開孔的主鏡。背面開孔的主鏡，其制造工藝主要是機械加工，減輕的重量有限，大約為1/3。應(yīng)該指出，背面開孔不僅可以減小重量，而且可以將面內(nèi)分布的(不是沿外緣分布的)側(cè)支承部件的力作用點置于主鏡的重心平面。具體實例有美國基特峰天文臺的海爾5m望遠鏡、中國國家天文臺興隆觀測站的2．16m望遠鏡和紫金山天文臺吁眙觀測站的1．2m近地天體探測望遠鏡等。

(2)側(cè)面挖孔的夾芯結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于：相比于雙面板蜂窩鏡價格要低得多；由于兩面有面板且內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈拱形，其彎曲剛度比背面挖孔結(jié)構(gòu)好得多；而且由于兩側(cè)接近對稱結(jié)構(gòu)，垂直放置時接近受力對稱，變形也小。其缺點是比背面挖孔的結(jié)構(gòu)加工難度大。

（3）拱形鏡。拱形鏡的特點是結(jié)構(gòu)簡單，易于用機械加工方法獲得，減重可達30%～50%。缺點是光學(xué)加工難度較大；另外，由于可以設(shè)置底支撐的半徑范圍較窄，支撐效果較差，故而不適宜做尺寸太大的鏡子。2