弯月薄镜的切向侧支撑设计研究

　　薄镜面主动光学是地基大口径光电望远镜的一项关键技术，国外从二十世纪六十年代就开始研究，并成功应用于许多大口径地基望远镜中[1-3]，我国在主动光学技术上的研究起步较晚[4-8]。为了将薄镜面主动光学技术在大口径地基光电望远镜工程中得以应用，国内还需进一步研究薄镜面的支撑结构，即轴向支撑和侧向支撑。

　　弯月薄镜的轴向支撑通常采用各种力促动器，侧向支撑的形式和结构则多种多样，从弯月薄镜的受力情况进行分类，WHT 望远镜的 4.2m 主镜采用的是侧向均匀承重侧支撑方式[2]，NTT 望远镜的 3.5m 主镜采用了径向等间距推-拉侧支撑[1]，ATST 望远镜的 4.2m 主镜采用了外边缘等间距推-拉-剪切侧支撑[3]，VLT望远镜的 8.2m主镜则采用了外边缘不等间距推-拉-剪切侧支撑方式[1]。本文针对某主动光学望远镜系统中的 620mm弯月薄镜，设计一种等间距切向推拉侧支撑方式，采用 6组双向柔性侧支撑结构均布在薄镜外圆周上。在分析其切向侧支撑的原理和侧支撑力的分布情况后，采用有限元分析验证侧支撑力的大小和方向，并预算弯月薄镜在这种侧支撑方式下的镜面变形情况。

　　1 切向柔性侧支撑结构

　　该望远镜中的弯月薄镜的外径为 620mm，中心孔 170mm，镜面曲率半径为 2841mm，径厚比为 34.4:1。镜坯为 K9 材料，镜重为 12.75kg。

　　弯月薄镜支撑系统如图 1 所示，轴向支撑系统包括分布在 3 个支撑圈上的 36 组力促动器，侧向支撑系统则采用了 6 个如图 2 所示的柔性侧支撑结构组件。组件的侧支撑垫粘接在弯月薄镜外圆周面上，另一端通过安装座与镜室固定，通过调整调节螺母可以实现侧支撑结构轴向长度的调整，从而实现切向侧支撑力的调节。

　　2 切向侧支撑的原理

　　侧支撑组件分布的原理如图 3 所示，X 轴为望远镜水平轴方向，Z 轴为光轴方向，Y 轴根据右手定则确定。切向柔性侧支撑组件L1~L6 在薄镜外圆周上呈逆时针方向均匀排布，L1 和 L4 对薄镜的切向支撑点在Y轴上，是用于保持稳定性和抵御地震等外界振动载荷，不承担薄镜重量。这 6 个侧支撑组件形成两组交叉的动力学 3 点支撑系统，每个系统包含三个等间距排布的切向柔性支撑结构组件，如图中的等边三角形 ABC 所包含的 L1、L3 和 L5三组柔性侧支撑组件在薄镜外圆周上等间距排布，形成一组三点支撑系统。

　　望远镜指向任意俯仰角，轴向支撑和侧支撑共同作用。结合图 2 中侧支撑组件的结构可见，柔性侧支撑组件在薄镜的光轴方向上是柔性的，薄镜所受中光轴方向(Z 向)上的重力分量会使薄镜具有Z 向上的运动趋势，但轴向支撑力促动器的存在阻止了这一趋势的发生;柔性侧支撑组件在薄镜的径向上也是柔性的，则重力在镜面内的分量会使每一个柔性侧支撑结构组件具有图 3 中双键头线所示的径向运动趋势。