一種太陽活動區(qū)高分辨力層析成像望遠鏡裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽活動區(qū)觀測技術領域，特別是針對太陽表面活動區(qū)進行高分辨力 觀測和多光譜層析成像觀測技術領域。
【背景技術】
[0002] 太陽大氣具有層狀結構，由內而外分為光球、色球、過渡區(qū)和日冕。太陽耀斑和日 冕物質拋射等爆發(fā)活動貫穿整個太陽大氣，盡管太陽大氣每個高度層都有自己獨特的物理 特性，但其通過熱流動，磁場能量和物質運動緊密地聯系起來，因此太陽大氣應該被看作一 個三維整體。太陽大氣不同層具有不同溫度和物質，向外輻射不同頻率的電磁波。
[0003] 隨著太陽物理學進步，人類對太陽研究在時間尺度、空間尺度及光譜精度等方 面提出更高的要求，因此，對太陽望遠鏡裝置也提出了更高的時間分辨力、空間分辨力和 光譜分辨力需求。當前，太陽望遠鏡口徑不斷增大，集光能力和理論空間分辨力得到提 高。然而，由于大氣湍流的影響，大口徑太陽望遠鏡在可見光波段觀測時的最好效果，只 相當于一臺口徑約為10厘米的小口徑望遠鏡在衍射極限時的觀測效果，因此，大口徑太 陽望遠鏡實際觀測能力并沒有隨著口徑增大而明顯提高；為了克服大氣湍流對望遠鏡成 像質量造成的影響，世界上各大口徑太陽望遠鏡相繼配備了太陽自適應光學系統(tǒng)，如美 國1.6米太陽望遠鏡NST配備了 97單元太陽自適應光學系統(tǒng)（AdaptiveOpticsatthe BigBearSolarObservatory:InstrumentDescriptionandFirstObservations),德 國1.5米太陽望遠鏡GREGOR配備了 256單元太陽自適應光學系統(tǒng)（Thel.5metersolar telescopeGREGOR,Astron.Nachr,Vol. 333,No. 9,pp: 796 ~809, 2012) ?正在籌建中的美 國4米太陽望遠鏡ATST也采用1369單元太陽自適應光學系統(tǒng)校正大氣像差（HighOrder AdaptiveOpticsSystemReferenceDesignPerformanceModeling,ATSTProject Documentation,TN-0073,RevisionA, 2006),歐盟多國共同籌建的4米太陽望遠鏡EST 也需要采用太陽自適應光學系統(tǒng)作為太陽望遠鏡高分辨力觀測的組成部分（Wavefront SensingandWavefrontReconstructionforthe4mEuropeanSolarTelescope,Proc. OfSPIE，7736:77362J，2010).因此，太陽自適應光學系統(tǒng)已經成為太陽望遠鏡裝置獲得高 分辨力觀測的必須手段之一。
[0004] 然而，為了獲得太陽表面活動區(qū)在不同太陽大氣高度的不同形態(tài)，以及太陽活動 在不同太陽大氣高度的演化過程，僅僅采用集成太陽自適應光學系統(tǒng)的望遠鏡裝置對太陽 活動區(qū)進行高分辨力觀測是不夠的，還需要對太陽表面進行多光譜層析成像觀測。當前，國 內外較大口徑太陽望遠鏡裝置已經或即將安裝太陽自適應光學系統(tǒng)，能夠實現對太陽活動 區(qū)進行高分辨力觀測。然而，傳統(tǒng)太陽望遠鏡僅能夠觀測太陽活動區(qū)在特定太陽大氣高度 的表現形式是不夠的，為了建立太陽活動區(qū)在太陽大氣不同高度的產生、發(fā)展、壯大的演變 過程，需要對太陽活動區(qū)在不同太陽大氣高度表現形式進行觀測，建立太陽活動與太陽大 氣結構水高度變化的函數關系。雖然太陽大氣每個高度層都有自己獨特的物理特性，但太 陽大氣不同層具有不同溫度和物質，向外輻射不同頻率的電磁波。因此，可以通過對太陽活 動區(qū)不同光譜觀測實現太陽活動在不同太陽大氣高度的表現，可以得到太陽活動區(qū)的瞬時 三維結構以及太陽活動形式的發(fā)展過程，為實現對太陽活動的預警和預報奠定數據基礎。
[0005] 但傳統(tǒng)太陽望遠鏡配備太陽自適應光學系統(tǒng)后無法實時獲得更高分辨力的觀測 圖像，且觀測結果僅針對特定太陽大氣高度太陽活動區(qū)。這限制了研究人員利用大口徑太 陽望遠鏡獲得太陽活動區(qū)在太陽大氣中的三維結構，以及在太陽大氣不同高度的形態(tài)、發(fā) 展、演化過程和趨勢，

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種太陽活動區(qū)高分辨 力層析成像望遠鏡裝置，實現更高分辨力實時觀測能力和大視場觀測能力，為太陽活動的 數學模型建立、太陽風暴演化的預報和預警提供重要依據。
[0007] 本發(fā)明解決上述的技術問題采用的技術方案是：一種太陽活動區(qū)高分辨力層析成 像望遠鏡裝置，包括光學望遠鏡系統(tǒng)、太陽自適應光學系統(tǒng)、多光譜層析成像系統(tǒng)、圖像復 原及數據融合系統(tǒng)；
[0008] 光學望遠鏡系統(tǒng)，包括輕質蜂窩主鏡、次鏡、中繼反射鏡組、主鏡室、主鏡溫控系 統(tǒng)、熱視場光闌及溫控系統(tǒng)、鏡筒結構和機架結構；其中，輕質蜂窩主鏡被安裝于主鏡室上， 并作為整體與次鏡、中繼反射鏡組共同依附于鏡筒結構和機架結構上，通過鏡筒結構與機 架結構連接為一體；入射光束首先經過輕質蜂窩主鏡反射后在主鏡的焦點位置形成實焦 點，并繼續(xù)向前傳播至次鏡的反射面，次鏡為有焦反射鏡，再次將光束反射，并形成觀測焦 點；中繼反射鏡組對次鏡反射光進行合理編排，使得觀測焦點能夠進入觀測室，便于在光學 望遠鏡觀測室；主鏡溫控系統(tǒng)位于主鏡室中，并通過主鏡室的支撐結構將輕質蜂窩主鏡支 撐在上方；主鏡溫控系統(tǒng)通過向輕質蜂窩主鏡面板背板吹較低溫度冷媒，使輕質蜂窩主鏡 背板溫度降低，并進一步降低輕質蜂窩主鏡面板溫度，達到縮小輕質蜂窩主鏡鏡面與周圍 環(huán)境空氣之間溫度差，并最終實現對輕質蜂窩主鏡鏡面視寧度效應的控制；同時，主鏡溫控 系統(tǒng)對輕質蜂窩主鏡的溫度控制，也能夠實現輕質蜂窩主鏡鏡體的溫度均勻分布，從而抑 制由于溫度分布不均勻導致的熱變形效應；熱視場光闌及溫控系統(tǒng)位于光學望遠鏡系統(tǒng)主 焦點位置處，熱視場光闌限制光學望遠鏡系統(tǒng)成像視場，并通過對光學望遠鏡系統(tǒng)成像視 場的限制，限制進入望光學望遠鏡系統(tǒng)的能量，避免次鏡及中繼反射鏡組變形甚至損壞，也 保證光學望遠鏡系統(tǒng)的成像質量；熱視場光闌僅在光學望遠鏡系統(tǒng)在白天對太陽活動區(qū)進 行觀測時需要使用，通過熱視場光闌對成像視場的限制，限制進入次鏡和中繼反射鏡組的 太陽光輻射強度，從而保證光學望遠鏡系統(tǒng)的成像質量；熱視場光闌溫控系統(tǒng)對熱視場光 闌進行冷卻，冷卻途徑為通過將低溫液體冷媒注入熱視場光闌腔體內，對熱視場光闌進行 降溫，并回收冷卻廢液，形成循環(huán)系統(tǒng)，最終實現熱視場光闌與周圍環(huán)境空氣溫度平衡，控 制光學望遠鏡內部視寧度效應，保證光學望遠鏡系統(tǒng)的成像質量；熱視場光闌及溫控系統(tǒng) 位于光學望遠鏡主焦點處，固定于光學望遠鏡鏡筒結構上；熱視場光闌溫控系統(tǒng)通過冷媒 輸送和回收管道與熱視場光闌進行連接，實現對熱視場光闌的溫度控制，熱視場光闌溫控 系統(tǒng)自身則固定于鏡筒結構上；
[0009] 太陽自適應光學系統(tǒng)，位于光學望遠鏡系統(tǒng)的觀測焦點之后，由準直器、高速傾斜 反射鏡、可變形反射鏡、波前探測器及性能評估器組成；準直器位于光學望遠鏡系統(tǒng)的觀測 焦點之后，用于將會聚光束準直成平行光，準直后的平行光束分別進入高速傾斜鏡、可變形 反射鏡和波前探測器，分別用于校正傾斜像差、高階大氣像差以及波前畸變探測；性能評估 器根據校正后的波前探測器的波前測量結果，計算太陽活動區(qū)高分辨力層析成像望遠鏡裝 置點擴展函數，并作為后端圖像復原和數據融合系統(tǒng)的依據，獲得更高分辨力的圖像復原 結果；太陽光束經過太陽自適應光學系統(tǒng)波前校正后，進入多光譜層析成像系統(tǒng)中；
[0010] 多光譜層析成像系統(tǒng)，按照成像光譜波長范圍不同分為可見光波段層析成像模 塊、近紅外波段層析成像模塊及紅外波段層析成像模塊；多光譜層析成像系統(tǒng)位于太陽自 適應光學系統(tǒng)后端，經過不同光譜限制范圍的分光鏡后分別進入可見光波段層析成像模 塊、近紅外波段層