光学望远镜设计与建造

课程编码：1802010704Z1P2003H 英文名称：The Design and Construction 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业核心课 主讲教师：王国民等

本课程是关于光学望远镜，尤其是大型天文光学望远镜如何设计和如何建造的课程，主要包括三个方面的内容：光学望远镜设计与建造基础、光学望远镜设计与建造和太阳望远镜设计与建造。通过本课程的学习，不仅让学生掌握光学望远镜设计的基本理论知识，而且通过望远镜的具体设计和建造介绍，使得学生了解天文光学望远镜的组成部分、性能要求、设计和建造的方法，为学生今后设计望远镜、使用望远镜和维护望远镜等相关工作打下坚实基础。

普通天文学、光学工程、机械设计、机械原理、有限元技术、自控原理等

第一章 望远镜与天文学 3学时 王国民
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 2学时 王国民
第1节 与望远镜有关的天球坐标系
第2节 坐标转换公式推导方法
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 王国民
第1节 波动光学研究的对象
第2节 衍射理论
第3节 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
第6节 天文光干涉原理
第四章 几何光学基础 3学时 王国民
第1节 几何光学基础
第五章 工程结构力学和有限元原理 5学时 王国民
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9节 典型有限元分析软件简介及操作实例
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 4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 4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 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
第十二章 太阳望远镜成像系统 3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
第十三章 太阳光谱观测仪器 2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
第十四章 太阳单色光观测仪器 3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
第十五章 太阳磁场与速度场测量 2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
第十六章 空间太阳观测与太阳射电观测 3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。