理化所研制三十米望远镜自适应光学系统试验冷却机组顺利交付

三十米望远镜是工作在0.31-28微米波段，集光口径为30米的新一代地基巨型光学-红外天文观测设备。由美国加州大学和加州理工学院负责研制。采用拼接镜面主动光学、自适应光学以及精密控制等先导高科技技术，将把望远镜灵敏度和空间分辨率等技术指标提高到前所未有的程度，其强大的洞察宇宙的能力必将引发天文学研究的跨越式发展，并在揭示暗物质和暗能量的本质、探测宇宙第一代天体、理解黑洞的形成与生长、探察地外行星等前沿科学领域做出重大突破性发现。

近期，中国科学院理化技术研究所研制的三十米望远镜(TMT)自适应光学系统试验冷却机组运抵加拿大，并交付TMT项目参与方。该冷却系统(简称REFR)研发了用于窄场红外自适应光学系统(NFIRAOS)试验的冷却机组(REFR-SZ)。REFR-SZ冷却机组制冷量2~10 kW、控温-35℃~-40℃可调，同时具备较高的自适应光学器件所需的控温精度、大范围可控的CO2工质容纳能力，且满足光学望远镜的低振动要求和振动幅度测试需要。

冷却机是一种通过蒸汽压缩或吸收式循环达到制冷效果的机器。这些液体能够流过热交换器到达对空气或设备降温的目的，蒸汽压缩冷水机包括四个主要组成部分的蒸汽压缩式制冷循环(压缩机，蒸发器，冷凝器，部分计量装置的形式)，这些机器可以实现不同的制冷剂，吸收式制冷机使用的制冷剂和城市用水良性硅胶作为干燥剂。吸收式制冷机利用水作为制冷剂，并依靠之间的水和溴化锂溶液，以达到制冷效果很强的亲和力。

冷却原理冷水机系统的运作是通过三个相互关联的系统：制冷剂循环系统、水循环系统、电器自控系统。压缩机：压缩机是整个制冷系统中的核心部件，也是制冷剂压缩的动力之源。它的作用是将输入的电能转化为机械能，将制冷剂压缩。是回转窑生产系统的主要配置设备，其结构简单，稳定性能好，欲转可靠。热交换后的废弃可引入回转窑，从而提高整个系统的热效率。别名滚筒冷却机，用于复混肥生产，冷却一定温度和粒度的肥料，与干燥机配套使用。可大大提高冷却速度，减轻劳动强度，提高产量。进一步去除部分水分和降低复混肥的粒温。同时以可用于其它粉状、粒状物料的冷却。冷却机设备结构紧凑，冷却效率高，性能可靠。

自适应光学(简称 AO)是补偿由大气湍流或其他因素造成的成像过程中波前畸变的最有前景的技术。中国科学院光电技术研究所饶长辉研究团队成功研制国内首套地表层自适应光学(简称GLAO)试验系统，与云南天文台1米新真空太阳望远镜对接后，于2016年1月首次获得了太阳黑子和太阳米粒的大视场高分辨力自适应光学校正图像，标志着我国太阳自适应光学技术再次取得重大突破。

自适应光学系统开发者的工作是令人畏惧的——平面波波阵面透过了20千米的大气湍流层，穿过大型天文望远镜，产生了几微米的相位差。自适应光学系统必须通过分析有限的数据在每一毫秒内做出新的修正。另一个复杂的因素是：适用于自适应光学的视场大小--等晕角是相当小的(在可见波段只有几角秒)。

考虑到相对较宽的波段和极小的天空覆盖率，自适应光学采用了一块直径在8到20厘米小型可变形镜面，这块镜面被安放在望远镜的焦点后方，不过近期来采用大型可变形镜面的可能也越来越大了。选择造成形变的触动器的数量必须综合考虑改正度、观测波段、参考星的选择(见下文)以及可用预算。举例来说，对一台口径8米的望远镜在可见光波段(比如0.6/265m)做出近乎完美的改正需要大约6400个触动器，而相同的情况下在波长为2/265m时只需要250个触动器。

大数量的触动器意味着波前传感器(用来测量波前扭曲的状况)上需要同样较大数量的图像探测器(每个图像探测器对应一块二级透镜)，这说明如果要在可见光波段进行修正，参考星的亮度应该比在红外波段进行修正时大25倍左右。大部分现代天文观测系统被设计用来提供红外波段附近(1 到2 /265m)接近衍射极限的星像，同时对可见波段的星像进行部分修正。不过，美国的一些卫星军事系统也提供可见波段的完全修正(至少是口径1米的望远镜)。

新闻来源：中国科学院理化技术研究所