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          漢瑞光學

          Yunnan Hanrui Optical Co., Ltd.

          全球最大光學望遠鏡修建 國產激光器首次用于頂尖科研

          全球最大光學望遠鏡修建 國產激光器首次用于頂尖科研

          2013年5月,美國夏威夷國土資源部董事會批準了美國加州理工和加州大學打造30徑望遠鏡(TMT)的提議。這架全球最大的光學望遠鏡將于2014年開始在夏威夷莫納克亞火山頂修建,加拿大、日本、中國、印度的國立天文機構加入了該項目。

          中科院國家天文臺臺長助理、TMT項目部經理薛隨建日前對科技日報記者表示,TMT將為天文望遠鏡400多年的發展樹立新的里程碑,中國參與該項目,可以分享國際頂尖設備的管理、運行和相應份額的使用權益,使我國天文學家與世界一流天文學家站在同一起跑線上,用先進的望遠鏡開展前沿的天文研究。同時,國家天文臺聯合中科院有關院所承擔了TMT主光學系統、激光引導星系統、激光器系統等多項核心技術研發工作,不僅為該項目的推進作出了重要貢獻,也通過該項目使我國相關領域技術水平得到快速提升。

          TMT將是前所未有的天文探測工具

          夏威夷莫納克亞火山可謂世界天文觀測的“圣地”,它海拔4205米,遠離城市污染和照明干擾,一年中有300多天視野清晰,為天文觀測提供了良好條件。目前,共有12架世界一流的天文望遠鏡建在這里,包括兩座當今世界最大的地基光學望遠鏡——口徑直徑10米的凱克望遠鏡。

          即將在此開建的TMT顯然更引人注目。據介紹,TMT的主鏡直徑為30米,由492面對角直徑為1.4米的六角形子鏡面拼接組成,可提供9倍于凱克望遠鏡的集光本領,其圖像分辨率也比當前所能達到的最高分辨率高出3倍。根據觀測目標和方法的不同,它的探測深度將是當代望遠鏡的10—100倍,可以觀測距離地球130億光年的宇宙區域景象以及宇宙早期形成的星體和星系,有望幫助科學家在揭示暗物質和暗能量的本質、探測宇宙第一代天體、理解黑洞的形成與生長、探察地外行星等前沿科學領域取得重大突破。

          薛隨建表示,TMT集成了當代大口徑望遠鏡最頂尖的高新技術,包括拼接式主鏡、自適應光學、以及無縫切換使用的科學設備等。這些高新技術,將使TMT成為前所未有的天文探測工具。

          中國承擔多項核心技術研發任務

          近年來,世界各國對天文學越來越重視,提出了各類大型天文觀測設備的建設方案及規劃,中科院國家天文臺對此一直關注。經過論證,中國于2009年提出參與TMT項目意愿。

          隨著項目合作的推進,中國科學家承擔了多項重任。

          薛隨建說,國家天文臺及南京天光所,聯合中科院長春光機所、光電所、理化所等單位,“自帶干糧”開展了多項核心技術研發工作?!斑@使中國成為該項目中的實質研發合作成員之一?!?

          據介紹,國家天文臺南京天光所主要負責TMT主鏡子鏡單元高精度磨制技術的研發,以及部分子鏡的加工任務。薛隨建說,TMT主鏡拼接精度要求極高,需達到光照上去看不到接縫的程度。我國通過2008年完成的LAMOST望遠鏡項目,對此已有技術儲備。同時,該所還參與了TMT“首光”科學儀器的設計研發工作。TMT開始科學觀測的初期,將先安裝3臺“首光”設備,包括紅外成像攝譜儀、紅外多目標攝譜儀和寬視場光學攝譜儀。這些設備能充分利用TMT的高靈敏度及高分辨率,提供前所未有的成像能力,是TMT項目的亮點之一。

          長春光機所主要負責TMT第三鏡及其驅動機構的設計、制造工作。TMT的光路結構極具特色——來自遙遠天體的星光先被具有主動光學功能的主鏡收集,匯聚到副鏡,再反射到可以360度轉動的第三鏡,最后被送入裝有自適應光學矯正系統的科學儀器中。這種特殊的結構使TMT在持續觀測、切換設備、更換子系統時更方便,幫助天文學家在更短時間內進行更多不同類型的觀測。而起著主要傳輸作用的第三鏡,在光學精度、機械精度等方面均面臨世界級挑戰。

          光電所承擔了TMT激光導星子系統的設計制造。薛隨建說,大氣中存在湍流、密度分層等現象,會對天文觀測形成干擾,導致影像變得模糊,“這就需要自適應光學系統進行矯正、還原”。簡言之,就是向空中發射高能激光,在海拔90公里處制造人工“導星”,通過不斷對其檢測,實時測得大氣湍流的具體情況,再借助變形鏡高速精密的調整,讓圖像恢復得清晰銳利。

          其中,形成人工“導星”的高能激光,由理化所承擔的高功率全固態脈沖納信標激光器來發射。這將是國產激光器首次在國際頂尖科研裝備中應用,定會為我國科研儀器搶占國際科技市場份額增添重要的籌碼。

          目前,我國承擔的各項研發任務均取得階段性進展,正陸續接受國際專家的評審。

          資金問題讓中國面臨尷尬

          通過技術上的貢獻,中國科學家在TMT項目合作中爭得了地位,但目前卻因資金問題遭遇尷尬。

          據了解,TMT項目預計耗資約14億美元,需由各合作成員籌集。其中,美國加州理工和加州大學已籌集到大約3億美元;加拿大在項目初期已出資3000萬美元,新一輪投資正在運作中;日本政府已承諾出資25%,并已開始向國立天文臺撥付資金;印度政府也同意出資10%?!盀樵陧椖恐袪幍酶鄼嘁?,我們也希望承擔不少于10%份額的投資?!毖﹄S建說,“但這筆資金尚未落實?!?

          他表示,這樣的大型國際項目,目前國內的體制只能一事一議,無論是科技部、基金委還是科學院,沒有專門的立項渠道。不過,最近美國國家基金委(NSF)宣布對TMT的立項支持,希望這能對開啟中美兩國政府間的科技合作渠道有所助益?!叭绻貌坏絿伊㈨椫С?,我們會非常尷尬?!毖﹄S建說,“不僅有可能延誤項目建設,我們還會喪失項目中的主導權和發言權,信譽也將受損?!?

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