主镜支撑设计

传统望远镜常用的主镜支撑机构主要有机械浮动机构和杠杆重锤机构两种。大多2m以下的主镜的底支撑采用机械浮动机构，当然也可采用杠杆重锤机构。机械浮动机构是支撑力和定位相结合的主镜支撑机构。而杠杆重锤机构只是提供支撑力，需另外设置定位的结构。相比之下，前者结构紧凑，本身重量轻，因此应尽量采用之。至于侧支撑设计，一般而言．小于0．6 m的主镜的侧支撑(一般为杠杆重锤)可以设置在其外圆之上，这样比较简单。但对于较大的主镜，这种侧支撑将引起太大的镜面变形。因此要采取在主镜背面多处开孔的办法，将若干杠杆重锤机构伸入各孔之内，使支撑点置于主镜的“重心平面”上。采用杠杆重锤侧支撑的主镜一般中心开孔，套在主镜室的“中心筒”之上，得以定位。1

机械浮动支撑

机械浮动支撑结构设计要点是：

(1)尽量加强结构件沿轴向的刚度，因为这样可以减小镜筒处于不同位置(水平位置和铅锤位置)时结构重力变形引起的主镜的轴向位移。为此，最好采用轴向刚度较好的薄板形构件。(2)尽量减小构件之间的摩擦阻力，大梁转动中心采用滚动轴承，其他小关节采用球面摩擦副，球头用淬火钢磨制，球窝材料为黄铜，两者经研磨跑合。当然如空间允许，最好采用滚动摩擦的球关节，可以进一步减小摩擦力。

杠杆重锤机构

图1 杠杆重锤机构设计

如图1、图2是两种杠杆重锤机构设计，可用于赤道式或地平式机架。其中图1是将用于底支撑和侧支撑的杠杆重锤机构分开的设计，侧支撑作用在主镜外圆，适用于小于1m的主镜。图2是将用于底支撑和侧支撑的杠杆重锤安装在同一个主镜开孔处，但作用于不同部位(两者保持彼此独立)，侧支撑伸入主镜孔内。1

图2 杠杆重锤机构设计

轻量化主镜

原理

主镜变形主要是弯曲变形。根据力学原理，为了减小弯曲变形，一般物体的质量应尽量向外侧分布，对主镜来讲，即要在直径和总质量不变的条件下，尽量增大其厚度。至于薄镜面，要靠增加支承点数(被动支承whiffletree，或主动支承)来保持镜面形状。2

基本类型

轻量化主镜基本类型

(1)背面开孔的主镜。背面开孔的主镜，其制造工艺主要是机械加工，减轻的重量有限，大约为1/3。应该指出，背面开孔不仅可以减小重量，而且可以将面内分布的(不是沿外缘分布的)侧支承部件的力作用点置于主镜的重心平面。具体实例有美国基特峰天文台的海尔5m望远镜、中国国家天文台兴隆观测站的2．16m望远镜和紫金山天文台吁眙观测站的1．2m近地天体探测望远镜等。

(2)侧面挖孔的夹芯结构。该结构的优点在于：相比于双面板蜂窝镜价格要低得多；由于两面有面板且内部结构呈拱形，其弯曲刚度比背面挖孔结构好得多；而且由于两侧接近对称结构，垂直放置时接近受力对称，变形也小。其缺点是比背面挖孔的结构加工难度大。

（3）拱形镜。拱形镜的特点是结构简单，易于用机械加工方法获得，减重可达30%～50%。缺点是光学加工难度较大；另外，由于可以设置底支撑的半径范围较窄，支撑效果较差，故而不适宜做尺寸太大的镜子。2

参考资料