主鏡

傳統望遠鏡常用的主鏡支撐機構主要有機械浮動機構和槓桿重錘機構兩種。大多2m以下的主鏡的底支撐採用機械浮動機構，當然也可採用槓桿重錘機構。機械浮動機構是支撐力和定位相結合的主鏡支撐機構。而槓桿重錘機構只是提供支撐力，需另外設置定位的結構。相比之下，前者結構緊湊，本身重量輕，因此應儘量採用之。至於側支撐設計，一般而言．小於0．6 m的主鏡的側支撐(一般為槓桿重錘)可以設置在其外圓之上，這樣比較簡單。但對於較大的主鏡，這種側支撐將引起太大的鏡面變形。因此要採取在主鏡背面多處開孔的辦法，將若干槓桿重錘機構伸入各孔之內，使支撐點置於主鏡的“重心平面”上。採用槓桿重錘側支撐的主鏡一般中心開孔，套在主鏡室的“中心筒”之上，得以定位。 ^[1] 

機械浮動支撐結構設計要點是：

(1)儘量加強結構件沿軸向的剛度，因為這樣可以減小鏡筒處於不同位置(水平位置和鉛錘位置)時結構重力變形引起的主鏡的軸向位移。為此，最好採用軸向剛度較好的薄板形構件。(2)儘量減小構件之間的摩擦阻力，大梁轉動中心採用滾動軸承，其他小關節採用球面摩擦副，球頭用淬火鋼磨製，球窩材料為黃銅，兩者經研磨跑合。當然如空間允許，最好採用滾動摩擦的球關節，可以進一步減小摩擦力。

如圖1、圖2是兩種槓桿重錘機構設計，可用於赤道式或地平式機架。其中圖1是將用於底支撐和側支撐的槓桿重錘機構分開的設計，側支撐作用在主鏡外圓，適用於小於1m的主鏡。圖2是將用於底支撐和側支撐的槓桿重錘安裝在同一個主鏡開孔處，但作用於不同部位(兩者保持彼此獨立)，側支撐伸入主鏡孔內。 ^[1] 

主鏡變形主要是彎曲變形。根據力學原理，為了減小彎曲變形，一般物體的質量應儘量向外側分佈，對主鏡來講，即要在直徑和總質量不變的條件下，儘量增大其厚度。至於薄鏡面，要靠增加支承點數(被動支承whiffletree，或主動支承)來保持鏡面形狀。 ^[2] 

(1)背面開孔的主鏡。背面開孔的主鏡，其製造工藝主要是機械加工，減輕的重量有限，大約為1/3。應該指出，背面開孔不僅可以減小重量，而且可以將面內分佈的(不是沿外緣分佈的)側支承部件的力作用點置於主鏡的重心平面。具體實例有美國基特峯天文台的海爾5m望遠鏡、中國國家天文台興隆觀測站的2．16m望遠鏡和紫金山天文台籲眙觀測站的1．2m近地天體探測望遠鏡等。

(2)側面挖孔的夾芯結構。該結構的優點在於：相比於雙面板蜂窩鏡價格要低得多；由於兩面有面板且內部結構呈拱形，其彎曲剛度比背面挖孔結構好得多；而且由於兩側接近對稱結構，垂直放置時接近受力對稱，變形也小。其缺點是比背面挖孔的結構加工難度大。

（3）拱形鏡。拱形鏡的特點是結構簡單，易於用機械加工方法獲得，減重可達30%～50%。缺點是光學加工難度較大；另外，由於可以設置底支撐的半徑範圍較窄，支撐效果較差，故而不適宜做尺寸太大的鏡子。 ^[2]