大口径望远镜跟踪架的结构研究

　　1　引　　言

　　望远镜跟踪架结构一般分为两种形式:赤道式和地平式。

　　赤道式结构:为补偿地球的自转、将赤经轴与地球的自转轴平行。并使其作与地球自转速度一致的恒速跟踪天体,故没有视场旋转且图像稳定。也没有天顶盲区,而天顶区大气视宁度最好,大气折射小。望远镜筒固定在与赤经轴垂直的纬轴上,它有几种装置型式[1]: (1)对称叉臂式:优点是极轴与纬轴交点在圆顶中心,卡焦观测点摆动范围小,便于观测,只一个基墩,圆顶随动计算方便。缺点是悬臂梁结构,重心在基座外,稳定性差,叉臂弯曲变形大,影响指向跟踪精度;(2)赤道轭式:它的体积大,对北极观测困难;(3)极轴式:体积大,圆顶大且室内拥挤,镜筒回转半径大,卡焦摆距大,观测不方便,极轴惯量大,纬轴是悬臂粱结构,增加平衡量,变形大;(4)马蹄式:体积大,笨重,造价高,圆顶大且室内拥挤等缺点;(5)浮球式:望远镜筒重量压在浮球上,球浮在防冻水内,极大地减轻叉臂负荷和弯沉,且水可以减震和吸热。但在有风和人在浮球内操作望远镜时,使镜筒不够稳定也影响指向跟踪精度。

　　地平式结构:此结构模式又称俯仰-方位(E-A)模式,系两轴地基式结构,由绕水平线和垂直线旋转的高低轴和方位轴组成,即高度-方位轴系(Altitude—Azimuth mounting)。其优点为[2]:(1)镜筒只在俯仰平面内运动,受力情况好,对称使结构简单;(2)体积小,造价低,圆顶小而轻,随动系统简单;(3)可提供两个相对于望远镜座架固定不动的Nasmyth焦点,它焦距适中,象质好,视场大,可安放精密测光、光谱、偏振等很多体积大、重置大的仪器及自适应控制系统等,有很好的位置稳定性;(4)可对恒星、行星、彗星、卫星及宇航器等进行跟踪观测;(5)对大气折射,弯曲变形等修正只在一个俯仰座标内改正即可。

　　因此大型望远镜跟踪架大都采用地平式结构。

　　2　地平式跟踪架结构形式的简述

　　地平式跟踪架又分为基本地平式结构[3]和复合轴地平式结构[3]。

　　一、基本地平式结构模式

　　基本地平式跟踪架结构如图1所示。图中垂直线为方位轴,水平线为俯仰轴。望远镜筒安装在俯仰轴上,当方位转台旋转0~360°时,带有望远镜的俯仰轴可转动-20°~90°,从而实现全半球面跟踪。

　　地平式跟踪架的控制系统软硬件成熟度高,工作可靠。它的最大缺点是在天顶角15°附近有个天顶跟踪盲区。原因是在天顶盲区内,由于望远镜视轴与方位轴可能重合,由跟踪架跟踪的目标方位角速度可知,此时航路捷径趋于0,故目标方位角速度接近无穷大,而跟踪架的跟踪方位角速度不可能达到无穷大,故不能平滑跟踪目标,这样造成了目标丢失,所以这一区域称为天顶盲区。