11 米月基光学巡天望远镜米月基光学巡天望远镜II.II. 技术方案技术方案上海天文台上海天文台朱能鸿 陈欣扬朱能鸿 陈欣扬侯金良 陶 隽侯金良 陶 隽

20052005

月球上进行天文观测的主要优点月球上进行天文观测的主要优点 月球处于真空环境，没有大气湍流的影响；月球处于真空环境，没有大气湍流的影响； 磁场很弱，无电离层，尤其是背向地球一面不会磁场很弱，无电离层，尤其是背向地球一面不会受地球无线电波干扰；受地球无线电波干扰； 热稳定性好，低温环境，夜晚达到热稳定性好，低温环境，夜晚达到 60°K60°K ；； 稳定的固体地面，月震活动较低；稳定的固体地面，月震活动较低； 月球自转速度约月球自转速度约 0.5"/s0.5"/s ，所以成像设备可以有很，所以成像设备可以有很长的露光时间，适宜进行深场探测。长的露光时间，适宜进行深场探测。

一些月基望远镜方案一些月基望远镜方案 20m20m 液体单镜面月球南极点深场红外望远镜 液体单镜面月球南极点深场红外望远镜 16m16m 拼接镜面月球望远镜（拼接镜面月球望远镜（ LLTLLT ）） 1m1m 超轻质量自动化月球望远镜超轻质量自动化月球望远镜 1m1m 紫外巡天望远镜紫外巡天望远镜 月球天顶大视场成像干涉仪月球天顶大视场成像干涉仪 ……

一些月基望远镜方案一些月基望远镜方案

我国建造月球望远镜的现实意义我国建造月球望远镜的现实意义 我国实施的探月工程将会在月球表面放置各种波我国实施的探月工程将会在月球表面放置各种波段的天文观测仪器。如果能将一架研制成本合理、段的天文观测仪器。如果能将一架研制成本合理、并且火箭运载能力和容积允许的光学望远镜放到并且火箭运载能力和容积允许的光学望远镜放到月面上，则会有力促进我国天文仪器技术发展。月面上，则会有力促进我国天文仪器技术发展。 是中国天文实现空间观测一次难得的机会，有着是中国天文实现空间观测一次难得的机会，有着极其重要的天文价值。 极其重要的天文价值。

月基光学望远镜的技术要求月基光学望远镜的技术要求

能长时间露光时间，满足深场巡天观测的要求。能长时间露光时间，满足深场巡天观测的要求。 设计上要求重量和体积的优化，重量尽可能轻、设计上要求重量和体积的优化，重量尽可能轻、体积尽可能小以利于火箭发射，并使其在月球上体积尽可能小以利于火箭发射，并使其在月球上工作时的功耗低。工作时的功耗低。 完全自动化配置和运行，驱动方式最简单。完全自动化配置和运行，驱动方式最简单。 观测和图象数据传输的高可靠性。观测和图象数据传输的高可靠性。

光学巡天望远镜的设想光学巡天望远镜的设想光学系统光学系统 卡塞格林卡塞格林 R-CR-C 系统系统 ++ 象场改正镜形式，其主要特象场改正镜形式，其主要特点是可以有较短的镜筒长度。点是可以有较短的镜筒长度。 系统焦距系统焦距 7446mm7446mm 。 。

几种可考虑的反射望远镜光学系统

Cassegrain system Schmidt system

Gregorian system Willstrop (3MT) system

光学系统概念图

102 0

990

129011

5

视场与视场与 CCDCCD 的选择的选择 望远镜的视场取决于CCD的尺寸，如用4096×4096像素的 CCD（像素尺寸 0.01mm ），则望远镜的视场2ω=40.96/7446×206265=18´.9 。如果光学系统的像质能在30´视场内得到满足，则可采用拼接 4块 CCD作为接收器，这样可以提高巡天的效率。

机架形式机架形式 地平式装置。 高度轴可直接驱动。 采用碳纤维等轻重量材料。 无镜筒，桁架结构。

控制系统控制系统 漂移扫描控制系统漂移扫描控制系统 CCDCCD 转动控制转动控制 滤光片控制滤光片控制 自动调焦自动调焦 高度轴的转动控制高度轴的转动控制 数据和图像传输。数据和图像传输。工作方式工作方式 时间延迟（时间延迟（ TDITDI ）漂移扫描模式）漂移扫描模式 高度驱动模式 高度驱动模式

关键技术进展关键技术进展 镜面研制从轻质量到超轻质量 镜面研制从轻质量到超轻质量 月面环境中的望远镜支承元件月面环境中的望远镜支承元件 抗辐射的成像器件抗辐射的成像器件

600mm轻质量球面镜面（AFRL）

超低膨胀玻璃（ ULE） 前后薄板、中间蜂窝型核的三明治结构，低温熔融加工。 面密度≤ 15Kg/m2， 镜面厚度约 42mm 面形精度 RMS值优于 10nm 。

900mm900mm 超轻质量镜面（超轻质量镜面（ NASA/GSFCNASA/GSFC ））

石墨纤维氢酸盐树脂石墨纤维氢酸盐树脂 复制光学（复制光学（ Replica OpticReplica Opticss ）技术加工 ）技术加工 面密度面密度 2 Kg/m2 Kg/m22 面形精度面形精度 λ/20 λ/20

混合超导磁性轴承（混合超导磁性轴承（ HSMBHSMB ）） 高温超导材料为钇钡铜氧化物高温超导材料为钇钡铜氧化物 (YBCO)(YBCO)，其临界温，其临界温度是度是 95°K,95°K,适合月球的低温状态。轴承两端是极性适合月球的低温状态。轴承两端是极性相对的永磁体，通过相互产生的斥力对轴向载荷支相对的永磁体，通过相互产生的斥力对轴向载荷支持。轴承中间的超导体保持了磁性轴承稳定性。 持。轴承中间的超导体保持了磁性轴承稳定性。

抗宇宙射线和太阳耀斑辐射的成像器件抗宇宙射线和太阳耀斑辐射的成像器件 抗辐射抗辐射 CCDCCD 电荷注入器件（电荷注入器件（ CIDCID ）） CIDCID 优点：优点： 电荷读出后并不被破坏，仍然可以保留，这样可以增大露电荷读出后并不被破坏，仍然可以保留，这样可以增大露光时间，实现多帧累积；光时间，实现多帧累积； 门电路采用门电路采用 PMOSPMOS 结构，能有效减少辐射对探测的影响；结构，能有效减少辐射对探测的影响； 光谱响应范围宽；光谱响应范围宽； 每个像素可以单独访问，可以定制读出阵列中的部分区域，每个像素可以单独访问，可以定制读出阵列中的部分区域，从而提高帧传输率。 从而提高帧传输率。

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