重大突破

　　目前中国急需大口径的通用光学望远镜来填补光学红外波段天文观测能力的缺口，12米大口径光学红外望远镜（Large Optical-infrared Telescope，LOT）就是诞生于此环境背景下，LOT不仅本身具备强大的精测能力可取得重大发现，还可与国家重大科技基础设施LAMOST强强联合，形成强大的光学红外观测平台，更大地发挥LOT以及LAMOST的科学优势和影响力，特别是对天文界研究宇宙学、暗物质和暗能量本质、银河系结构和演化、恒星物理等重大科学前沿问题中发挥着至关重要的作用。  

　　LOT主镜将采用拼接镜面主动光学技术，将实现可见光共焦和近红外共相。对于任意一架大型拼接镜面望远镜而言，误差分析和模拟仿真是误差分配、可行性评估和望远镜建设的前提必要条件。当前拼接镜面望远镜共相误差分析已经发展到很高的水平，但是主要都是基于六边形子镜的研究分析。  

　　相对于基于六边形子镜的拼接主镜而言，采用扇形子镜的拼接主镜亦有诸多优点，尤其是扇形子镜的高效率加工和扇形子镜的面型种类。中国科学院南京天文光学技术研究所极大望远镜关键技术团队在2004年建议和发表的30米望远镜CFGT方案中，就创新地提出扇形子镜的拼接方案并做了相关技术的初步研究。在前期基础上，针对LOT拼接主镜研制，该团队也提出一种由扇形子镜拼接而成的候选新方案。为了评估该扇形子镜拼接方案的可实施性，中国科学院南京天文光学技术研究所博士研究生沈世东在崔向群院士、张勇研究员的指导下成功开展了相关误差理论计算和仿真实验研究。  

　　相关仿真研究结果表明：1）根据理论分析，当斯特列尔比（Strehl Ratio，SR）大于0.8（系统达到共相衍射极限要求），服从正态分布的面外倾斜（Tip/Tilt）误差需要小于0.016角秒均方根值（Root Mean Square，RMS），或者子镜高低差（Piston） 误差需要小于37.5nm RMS；2）建立扇形子镜拼接的LOT主镜模型，完成了子镜Tip/Tilt、子镜Piston等误差的仿真分析。当要求SR大于0.8时，Tip/Tilt误差需要小于0.016角秒RMS，或者Piston误差需要小于42.5nm RMS；当Tip/Tilt误差与Piston误差权重相同且误差均服从正态分布时，Tip/Tilt误差应该小于0.012角秒RMS，且Piston误差应该小于28nm RMS。相关工作发表于《天文学报》2022年第6期（DOI: 10.15940/j.cnki.0001-5245.2022.06.002）。该研究得到国家自然科学基金项目（U1931207， U2031207 ，U1931126）的资助。

　　上述基于扇形拼接子镜的LOT主镜的拼接镜面主动光学误差仿真研究进一步促进了LOT扇形子镜拼接主镜主动光学的候选方案，对包括CFGT在内的未来大口径扇形拼接镜面望远镜的研制也具有重要的实用价值和指导意义。

图1  扇形子镜拼接的LOT主镜

图2  LOT波前（子镜Tip/Tilt误差为0.015角秒RMS值，LOT的SR为0.84）

图3  LOT波前（子镜Piston误差为30.5nm RMS，LOT的SR为0.87）

图4  LOT波前（子镜Tip/Tilt误差为0.009角秒RMS且Piston误差为23.4nm RMS，LOT的SR为0.867）