LAMOST 这一优秀的设计方案变为现实并非一步之遥。 为了实现 LAMOST 的创新思想,研制中必须攻克大量的世界级技术难题:首次在一块大镜面上同时应用薄变形镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术(控制镜面面形精度达头发丝的数千分之一);首次在世界上实现六角形的主动可变形镜 ; 首次在世界上在一个光学系统中同时采用两块大口径的拼接镜面;首次在世界上应用 4000 根光纤的定位技术(目前同类设备仅 640 根光纤)。 这些都是开世界天文技术历史之先河。 8 米高精度大型地平式跟踪机架、多目标光纤光谱技术、海量数据处理等均属世界前沿技术,掌握的国家屈指可数。鉴于项目涉及多项高难度的技术挑战,曾有专家担心 LAMOST 的创新方案很难付诸实现。
1994 年 2 月正在欧洲南方天文台参加 VLT 望远镜研制的主动光学专家崔向群为了 LAMOST 的建设,毅然携全家回国,全身心地投入到了 LAMOST 的工作中。 LAMOST 立项后,担任总工程师,领导了整个 LAMOST 望远镜的研制。
1998 年 4 月在南京天文光学技术研究所,开始了 LAMOST 核心关键技术 ——1 米口径六角形薄镜面主动光学技术的攻关。这项技术的成功与否直接决定了 LAMOST 的成败,经过 2400 多个日日夜夜的奋力拼搏,克服了力促动器及控制系统、波前传感器、主动支撑、精密跟踪、大气视宁度改善、因钢垫胶结等一系列技术难关,于 2004 年 11 月取得突破性的进展,获得成功。
拼接镜面主动光学技术也是 LAMOST 核心关键技术之一,在南京天文光学技术研究所,项目技术人员克服试验条件简陋、环境条件受限等困难,想方设法改善 40 米长光路的气流和振动的影响,于 2006 年 4 月取得了拼接试验的成功,精度优于 LAMOST 技术要求。
LAMOST 另一项关键技术 —— 光纤定位技术, 4000 根光纤快速精确定位难度可想而知,中国科学技术大学原创性地提出了分小区的光纤定位思想和方案,经科大师生多年的努力,克服设计、加工制造、检测等困难,采用无线遥控先进技术,攻克了 8000 个电机控制线过多等难题,于 2008 年 6 月完成兴隆现场安装调试。
六边形的施密特改正镜 MA 子镜对角线为 1.1 米、厚度仅为 25 毫米,面形精度要求高。研制这样高精度、大口径的超薄镜面,国内无先例,国际上也只有极少数国家的个别公司具备这样的能力。该项技术是 LAMOST 项目的主要难点之一,从 2004 年 4 月开始南京天文光学技术研究所从精心改造和提高环抛机性能着手,逐一攻克了环抛磨制、高精度检测、检测支撑等工艺和技术难关,于 2006 年 12 月成功地研制出全部 30 块子镜,技术指标均优于技术要求。
LAMOST 关键部件之一 ——8 米直径高精度精密转台,由于精度要求高,以当时国内的工业基础条件在研制上有很大的技术和工艺困难, LAMOST 技术人员进行了精心的设计和优化,跑遍大半个中国对加工制造厂家充分调研后确定加工单位,并与加工单位一起克服了多项工艺难关,于 2004 年 4 月完成了加工制造;克服了超大、超重件的运输、吊装困难,于 2005 年 10 月完成了兴隆现场安装。
还有 16 台光谱仪的设计制造、 32 台 CCD 相机的研制、 MA 桁架研制、 MB 桁架研制、 4000 根光纤的制作、异形圆顶设计与制造、波前检测装置的研制、光电导星系统的研制、输入星表和光谱抽取软件开发等工作,均遭遇了诸多困难。但 LAMOST 项目全体人员以不畏艰难、 坚毅执着、勇攀高峰的精神, 在总工程师崔向群等的带领下,历经多少个滴水成冰和烈日炎炎的岁月, 创造性地攻克了所有技术难关,为 LAMOST 的建成做出了决定性的贡献。
LAMOST 于 2006 年 6 月完成 “ 小系统 ” 调试验收; 2008 年 8 月完成全部安装、调试, LAMOST 这一宏大的具有世界前沿水平的大科学工程胜利建成。2009年6月正式通过国家竣工验收。
LAMOST在国际众多望远镜中占据什么地位?
LAMOST 的创新方案突破了国际上望远镜大视场与大口径不能兼得的瓶颈,是国际上口径最大的大视场望远镜和光谱获取率最高的望远镜。 LAMOST 将使人类观测天体光谱的数目提高一个数量级(至千万量级)。
LAMOST 创造了一种崭新的望远镜类型 , 被国际上誉为 “ 建造地面大视场大口径望远镜最好的方案 ” 。
国际
评价:
“LAMOST 将会有非常好的科学产出。望远镜一定能够在河外天文学与银河系天文学方面产生世界级的研究成果,并会完善和补充现有的以及未来其他天文设备的科学产出。 ” “LAMOST 将会是一个适合于研究广泛领域中重大天体物理问题的世界级巡天设备。鉴于其集光面积和光纤数目, LAMOST 潜在的功能将比 SDSS 数字巡天和 2dF 高出 10 到 15 倍。如果能达到了这样高的指标,它将是一个巨大的飞越,并打开了一个广阔的 ‘ 探索空间 ' 。 ” “LAMOST 独一无二地结合了为数众多的光纤、大视场以及大口径望远镜几个方面的优势,从而一定能够在下个十年中的光谱巡天方面处于领先的地位。这一设备将使中国天文学家在银河系和河外星系天文学等领域获中得无与伦比的科学研究机会。 ” ( ―― 摘自 LAMOST 项目国际评估委员会报告( 2005 年 5 月 30 日 —6 月 2 日,南京,北京)
国际著名的天文学家、芝加哥大学的 Don. York 教授在接受美国《科学》杂志采访时说: “ 由于 LAMOST 令人畏惧的技术挑战,并不是每个中国的科学家都是倾心于 LAMOST ,但我是 LAMOST 的粉丝 ” 。
主动光学发明人、欧洲南方天文台国际著名天文望远镜光学专家 Ray Wilson 评价: “ 我对 LAMOST 有非常高的评价。 LAMOST 不仅是唯一能使 Schmidt 望远镜的口径增大的途径,而且是主动光学的最先进和非凡的应用。 ” “LAMOST 的成功,不但将是中国科技的胜利,也将是整个国际天文界的胜利。 ” “ 实现大口径施密特望远镜的唯一途径是采用反射施密特改正镜。但是没有人敢走反射施密特这样一个技术上十分困难的途径,直到中国南京的光学专家提出 LAMOST 。 ” “ LAMOST 包括了最先进的现代望远镜技术的每一个方面。应该祝贺中国支持了这样一个伟大的技术,以及鼓励和成长了这样一只杰出的光学队伍,他们实现了 LAMOST ,并将中国的望远镜技术水平推进到世界顶峰的前沿。 ”
美国加州理工学院技术研究所天文学部的斯蒂尔教授、光学天文台台长,曾任英国剑桥大学天文研究所所长的 Richard Ellis 教授 2008 年 10 月 16 日在 LAMOST 落成典礼上的讲话中说: “ 多目标光纤光谱仪已有悠久的历史了,但是大约 1970 年才应用在大望远镜上。我第一次知道 LAMOST 项目是 1994 年我在英国的剑桥大学时,中国天文学家来访问,报告了他们提出的非常令人兴奋的雄心勃勃的计划- LAMOST 。当时英国正在做 2dF 红移巡天计划,该项目在 AAO 的 4 米望远镜上同时有 400 根光纤观测。 2dF 巡天在宇宙空间的发现成果让我印象深刻,可以和美国的 SDSS 巡天相媲美。但是它显示了光谱观测在天文研究中的如此大的价值。我认为,光谱是天文研究中最重要的一个方面。有些人没有注意到,过去的 5 年中许多成像巡天望远镜的开始投入使用,比如 PanStarrs, 暗能量巡天望远镜, UK 的 VISTA 红外巡天望远镜等,这些成像望远镜花费了巨大的投资。但是我们还是不断地意识到,我们需要光谱信息才能深入研究天体。现在中国天文界在大视场光谱巡天方面占据了强有力的位置,足以让国际天文同行嫉妒中国可以充分利用这些新的成像巡天观测结果。我完全确信,我曾经是在这样一个专门的研讨会中,中国天文在那里崛起,提出与国际天文界一起挑战极其重要的合作冒险经历。 ”
与国际望远镜的比较:
(
1
)研制规模和技术难度的比较(
LAMOST
与
8-10
米望远镜相当)
LAMOST
镜面面积(直径)
6.7m×6m
36 块
( 可见共焦,红外共相)
37+24 块
(可见共焦,红外共相预留)
24×1.1m
主动光学难度
变形 + 拼接
地平式机架能力
多目标光纤
100 根
4000 根
32 台
(
2
)
LAMOST
光谱观测能力与国际上光谱巡天计划比较
名 称
指 标
2dF
(英澳)
SDSS
(美国)
LAMOST
(中国)
3.9 米
2.5 米
3.6 米 ~ 4.9 米
400 根
640 根
4000 根
获得光谱数
100 , 000 条
1 , 000 , 000 条
10 , 000 , 000 条
建成