太阳辐照500m口径球面射电望远镜的温度分布

　　1　引　言

　　天文仪器中的热问题是相关专家特别关注的问题之一，也是影响仪器精度或破环仪器的重要因素之一，尤其是其关键部件或区域，热问题严重时会影响相关仪器的使用，甚至会破坏相关仪器或部件。因此，进行天文仪器的热分析以及试验研究对于天文仪器的设计与使用有着重要的科学及现实意义[1-3]。

　　500m口径球面射电望远镜(Five-hundredAperture　Spherical　Ratio　Telescopy，FAST)是我国重大科技基础设施建设项目，已获国家发改委批复立项。该望远镜由中国科学家独创设计，目前利用贵州独特喀斯特的地形条件和极端安静的电波环境正在研究与建设阶段[4-6]。FAST台址为露天环境，其反射面及馈源舱防护罩受到太阳辐照会引起温度变化，同时，光能也会由反射面反射汇聚辐照馈源舱而形成“太阳灶”，从而会使馈源舱温变幅度增大，有可能会破坏舱内仪器、电线电缆等，甚至会破坏望远镜或对望远镜的使用造成影响。因此，进行太阳辐照FAST温度场研究对望远镜的相关设计与观测使用有着十分重要的科学和现实意义[7]。针对目前该项目的研究现状，本文对太阳辐照FAST的温度分布进行了研究，介绍了太阳相关参数，解析了“太阳灶”问题，研究了台址形貌对FAST的阳光遮挡，以及不同条件下FAST的温度分布，给出了相关的研究结果。

　　2　FAST结构示意图及相关参数

　　FAST结构示意图如图1所示[7]。FAST相关参数[4]：口径为500m，反射面曲率半径为300m;照明区口径：300m，焦比f/D=0.467;台址位置：经度为106.855　83°，纬度为北纬25.647　22°。

　　3　太阳相关参数及相互关系

　　3.1　太阳常数[8]

　　一年内的太阳常数是变化的，如式(1)：

　　式中H0为太阳常数，N为一年中的日序。

　　3.2　太阳高度角

　　太阳高度角是地球上某处太阳光入射方向和地平面之间的夹角，是决定地球表面获得太阳热能最重要因素，其表达式如式(2)：

　　式中hs为太阳高度角，φ为地理纬度，δ为太阳赤纬角，Ω为时角。

　　3.3　太阳方位角

　　太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，其计算函数关系如式(3)：

　　3.4时角

　　单位时间地球自转角度为时角Ω，其表达式如式(4)：

　　式中t为一天内的时间(24时制)。

　　4　大气对太阳辐照的影响

　　大气上界的太阳辐射照度取决于太阳高度角、日地距离等因素，而台址的太阳辐射照度会受到大气层的影响[9-10]。太阳辐射一部分通过大气直接到达地面为直接太阳辐射，另一部分被大气中的分子、微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分为散射太阳辐射，散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为地面的总太阳辐射。大气对辐射照度的影响因素如图2所示。