大口径望远镜主镜保护罩电控系统设计

　　0　引言

　　大口径望远镜的主镜尺寸大都在几米的量级，主镜和次镜之间的连接不采用封闭的筒状结构，而是采用通透式的桁架结构，一方面保证支撑精度;另一方面使镜面本身的温度和外界环境保持一致，以达到良好的镜面视宁度。望远镜用于观测时，主镜直接暴露在外部环境中，但当望远镜不使用时，主镜就需要必要的保护罩进行保护。保护罩的作用主要是防止周围环境中的灰尘、圆顶上残留的雨雪等污染主镜，另外在望远镜的检测过程中，要避免强光通过主镜汇聚到相机焦面，以及维护仪器时，要避免异物坠落损伤镜面。这就要求保护罩在关闭后具有良好的封闭性和一定的承重能力。同时，考虑到大口径望远镜的高度及镜面尺寸，直接去手动打开、关闭保护罩，会给操作人员带来诸多不便，这就要求保护罩具有电动控制功能。因此，针对大口径望远镜，设计可靠实用、易操作的主镜保护罩十分重要。

　　1　系统工作原理及方案

　　典型的望远镜主镜保护罩主要有两种：花瓣式结构和推拉折叠式结构，如图1所示，其中图1(a)是花瓣式结构，图1(b)是推拉折叠式结构[1]。

　　花瓣式结构由对称的多个叶片组成，根据望远镜的口径尺寸，少则4片，多则8片，甚至更多。如4.2mSOAR望远镜采用4个叶片，2.56m北欧光学望远镜由6个叶片组成，而2.6mVST望远镜则采用8个叶片。保护罩在工作时，一般不是同时打开或关闭，这是为了达到最好的封闭效果，相邻的叶片要有一定的重叠量，为了避免同时运动产生干涉，要求相邻的叶片交替展开或关闭。这种保护罩要求多个叶片协同运作，需要相关的电控系统支持。

　　推拉折叠式结构相对花瓣式结构简单，主要由2块可折叠板组成，在关闭保护罩时，折叠板完全铺平，以达到对主镜的保护，当望远镜要进行观测时，折叠板向两侧伸缩并折叠，即可露出主镜。澳大利亚EOS公司的望远镜以及美国3.5mSORT望远镜采用的就是这种结构。相类似的还有一种柔性的卷帘式结构，上面的折叠板换成了柔性的帘布，在卷轴的作用下，可以完全卷起和展开。意大利3.6mTNG望远镜和欧南台8mVLT望远镜采用的就是类似的结构。

　　相比较而言，花瓣式保护罩机械结构复杂，可伸缩的折叠式保护罩结构相对简单，但在使用效果上，花瓣式结构具有良好的封闭性和承重能力，可以达到最好的保护效果。本文针对一个1m口径的望远镜，设计一种主镜保护罩。在综合考虑系统的尺寸、可靠性，以及承重方面的要求，选择花瓣式结构作为系统方案。

　　望远镜主镜的口径为1m，将保护罩设计为4个扇形叶片，如图2所示。其中，1号和3号叶片的面积稍大于2号和4号，这样可达到良好的封闭效果。在结构上，电机通过联轴节带动一个丝杠旋转，丝杠上面通过一个可滑动的支杆和叶片相连接，这样，电机的旋转运动就可以转化为支杆的直线运动，从而牵引叶片的开启和关闭。完整的主镜保护罩由机械系统、驱动控制系统和上位机软件系统三部分组成，如图3所示。整个保护罩系统由上位机发送指令进行控制，底层电机控制器接收到指令后，通过电机驱动器控制电机的旋转，带动保护罩的展开和关闭。