天文望远镜结构

课程编码：280223080401P2001 英文名称：Astronomical Telescope Structure 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：胡企千等

天文望远镜是天文学家用来观测星空、探索宇宙奥秘的重要设备，其性能直接影响着天文学研究的水平，因此如何设计一架性能优秀的天文望远镜在天文学研究中至关重要。通过本课程的教学，使得从事天文学研究的学生对天文望远镜有所了解，为将来能够提出合理的望远镜要求和配置打下基础，同时为将来能够更好、更高效的应用望远镜提供理论基础。

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第一章 望远镜与天文学 3学时 胡企千
第1节 天文学的意义，天文学和天文仪器的关系，天文仪器分类。
第2节 古代天体测量和仪器
第3节 经典天体侧量方法，地球运动不均匀和时间纬度测量仪器，近代天体距离测量方法及其意义
第4节 射电干涉高精度天体测量
第5节 望远镜的发明和早期折射望远镜
第6节 反射式望远镜的发明
第7节 近代科技发进促进了望远镜技术的发展
第8节 20世纪90年代以前的经典大望远镜
第9节 现代8-10米级新技术望远镜
第10节 下一代巨型地面望远镜，空间望远镜
第二章 天球坐标系及其转换 3学时 胡企千
第1节 与望远镜有关的天球坐标系：地平坐标系，赤道坐标系和水平坐标系
第2节 坐标转换公式推导方法，地平坐标系-赤道坐标系转换公式汇总
第3节 地平式望远镜的速度盲区
第三章 波动光学基础 5学时 胡企千
第1节 波动光学研究的对象，主要数学公式，空间频率和复振幅的概念
第2节 衍射理论，费涅耳衍射和夫朗和费衍射，望远镜衍射成像原理
第3节 点扩展函数，典型光瞳函数的点扩展函数
第4节 基于空间频率特性的物像关系公式
第5节 波动光学在天文观测中的应用：望远镜的理论分辨率，焦深，完善光路判定准则，光学像质评价
第6节 天文光干涉原理，单镜双孔干涉，空间频率復盖，现代恒星干涉仪
第四章 几何光学基础 4学时 胡企千
第1节 几何光学的理论基础，折射定律和反射定律
第2节 视场和孔径，入瞳和出瞳，视场光栏和渐晕，主光线方向的控制
第3节 近轴球面光路主要公式：物像关系，放大率
第4节 薄透镜和反射球面的成像规律，作图法的应用
第5节 理想光学系统，焦距和主面，放大率，系统组合，主要公式
第6节 天文望远镜常用光学系统：折射系统，反射系统和折反射系统
第五章 工程结构力学和有限元原理 5学时 胡企千
第1节 工程结构力学与望远镜设计的关系
第2节 工程结构力学的研究对象和一些基本概念
第3节 系统静力平衡和重心计算，支承力计算
第4节 材料力学主要力学模型(拉伸，剪切，扭转和弯曲)，支承力、内力和变形公式的推导
第5节 弹性力学基础知识和基本公式
第6节 有限元法原理，杆系和平面应力问题的有限元法
第7节 结构变形与望远镜成像的关系
第8节 零件设计中的一些力学问题
第六章 光学望远镜设计基础 3学时 王国民
第1节 光学望远镜设计基础介绍
第2节 设计方法与项目管理
第3节 望远镜系统集成与验证
第4节 台址和圆顶
第七章 望远镜镜面支承技术 3.5学时 王国民
第1节 望远镜主镜支承
第2节 副镜支承
第3节 三镜支承
第4节 小镜子和透镜支承技术
第5节 镜面准直和调整技术
第6节 镜面支承性能测试
第八章 望远镜机架和镜筒设计 3.5学时 王国民
第1节 赤道式机架
第2节 地平式机架
第3节 水平式机架
第4节 其他特殊机架形式
第5节 镜筒设计（镜室、中间块、桁架等）
第九章 望远镜轴系结构设计及轴承支承技术 3.5学时 王国民
第1节 轴系结构设计
第2节 力学性能分析计算
第3节 支承轴承的选择
第4节 安装调试及轴承性能测试
第十章 望远镜轴系传动技术 3.5学时 王国民
第1节 蜗轮蜗杆传动
第2节 齿轮传动
第3节 摩擦传动
第4节 电机直接驱动
第十一章 望远镜指向及跟踪技术 3学时 王国民
第1节 望远镜指向误差源
第2节 指向模型建立
第3节 控制单元（电机、码盘、放大器等）
第4节 跟踪控制技术
第十二章 太阳观测与太阳选址 2学时 章海鹰
第1节 研究太阳的意义
第2节 太阳观测基础知识
第3节 地球大气对太阳观测的影响
第4节 太阳选址与选址仪器
第十三章 太阳望远镜成像系统 4学时 章海鹰
第1节 色球望远镜
第2节 定天镜与定日镜
第3节 追日镜
第4节 日冕仪
第5节 太阳多通道望远镜
第6节 新真空太阳望远镜
第7节 先进地基太阳天文台
第十四章 太阳光谱观测仪器 3学时 章海鹰
第1节 太阳光谱的特点
第2节 光栅光谱仪
第3节 太阳单色光照相仪
第4节 二维光谱仪
第5节 傅里叶变换光谱仪
第6节    积分视场光谱仪
第十五章 太阳单色光观测仪器 4学时 章海鹰
第1节   太阳单色光观测的意义
第2节 太阳单色光照相仪
第3节 双折射滤光器
第4节 干涉滤光器
第5节 实体迈克尔逊干涉仪
第6节 多通道滤光器
第十六章 太阳磁场与速度场测量 3学时 章海鹰
第1节 太阳磁场测量的意义
第2节 太阳磁场测量的发展历程
第3节 太阳磁场测量原理
第4节 太阳速度场观测设备
第十七章 空间太阳观测与太阳射电观测 4学时 章海鹰
第1节 空间太阳观测发展史
第2节 球载太阳望远镜
第3节 空间太阳观测设备
第4节 太阳射电观测的意义
第5节 中国射电日像仪

胡企千，研究员，博士生导师，天文仪器与技术专家，1966年毕业于武汉测绘学院（今武汉大学一部），从事天文仪器设计和有关技术研究，负责过“长露光照相天顶筒”、“水平子午环”和“太阳多通道望远镜（副组长）”等项目的硏制工作。其中太阳多通道望远镜于1996年获国家科技进步奖二等奖，排名第二，参与国科大讲课3年，授课题目为“天文光学望远镜的设计”。主要著作有“天文望远镜设计”（天体物理丛书之一）。王国民，研究员，博士生导师，天文仪器与技术专家，现任望远镜工程中心副主任，1992年毕业于南京工程学院，2005年毕业于中国科学院南京天文光学技术研究所获博士学位，目前主要从事天文仪器与技术的研究，先后参加“九五”国家重大科学工程郭守敬望远镜项目，担任焦面机构负责人；中、法国际合作2.5米望远镜项目，担任项目副负责人；作为项目负责人先后主持国家自然科学基金项目2项，发表学术论文20余篇，授权专利7件。章海鹰，研究员，博士生导师，太阳仪器专家，1989年毕业于中国科学技术大学精密机械与精密仪器专业，2003年毕业于中国科学院研究生院获天体物理博士学位。长期从事太阳仪器的研究工作，先后参加太阳多通道望远镜、球载太阳望远镜、空间太阳望远镜等项目的研究工作，主持完成三通道滤光器及三通道磁像仪的研制工作，主持完成国家自然科学基金面上项目“大口径红外太阳望远镜主镜关键技术研究”，目前作为载荷主任设计师，负责先进天基太阳天文台（ASO-S）卫星的全日面矢量磁像仪（FMG）载荷的研制工作。