6、望远镜技术：挑战与前沿发展

望远镜技术：挑战与前沿发展

1. 风载荷对望远镜的影响

风载荷对望远镜的影响主要分为静态和动态两个部分。静态风载荷与平均风速相关，是一种平均作用力。通常，望远镜的机械和控制系统会设计成在给定的平均风速下，维持特定的运动和光学支撑性能。当风速超过这个范围，性能会逐渐下降，直到达到临界风速，此时必须将望远镜收起或封闭起来以保护它。

动态风载荷，也就是风振或阵风，在两个方面带来了更大的问题：
- 引发望远镜的随机运动 ：风振会导致望远镜产生小幅度的随机突然运动，主轴线伺服回路无法稳定这些运动。随着望远镜的光学轴移动，这些运动会导致明显的图像模糊（倾斜误差）。不过，能够进行快速倾斜运动的低质量副镜为解决这个问题提供了可能，至少在一定的平均风速限制内是可行的。如果导星的通量足够高（比如恒星足够亮或者孔径足够大），闭环跟踪系统的星跟踪器可以以非常高的速率（每秒10次）测量图像质心。通过处理这些质心数据，可以确定短时间（约2Hz）和长时间（约0.2Hz）间隔内的平均图像运动向量。短时间尺度的向量用于通过快速改变副镜的倾斜来消除风振影响，而长时间尺度的向量则用于纠正开环跟踪误差。
- 导致主镜表面的压力差 ：风振会在主镜表面产生压差，引发形状变化，从而引入突然且快速变化的波前误差。在某些（但不是所有）风振情况下，自适应光学系统可以检测并纠正这些误差。在很多情况下，唯一的办法是调整封闭结构的开口以减少风载荷，但这会降低气流和封闭结构的冲洗效果。如何在风载荷和热载荷控制之间找到合适的平衡，仍然是一个活跃的研究课题。

目前最大的光学主镜是分段式的。主镜支撑系统不仅要在纳米尺度上控制每个小（约1米）分段的形状