張景旭

(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長(zhǎng)春130033)

1 引言

地基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡需要有圓頂保護(hù)以使其免遭光照、雨雪、強(qiáng)風(fēng)、灰塵的侵害。圓頂設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件:(1)在結(jié)構(gòu)上允許望遠(yuǎn)鏡在各個(gè)方向上自由轉(zhuǎn)動(dòng)接近天空，減少熱對(duì)望遠(yuǎn)鏡的影響;(2)圓頂要提供設(shè)備控制實(shí)驗(yàn)室及輔助設(shè)施的容納空間;(3)圓頂及鏡面處視寧度要盡可能小。圓頂及望遠(yuǎn)鏡的很多特征均是基于這種思想設(shè)計(jì)的，一般情況下塔臺(tái)圓頂及相關(guān)建筑的價(jià)值要占整個(gè)觀測(cè)站的20%～30%。

使用環(huán)境要求苛刻是大口徑望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)顯著特點(diǎn)。作為大型高檔設(shè)備，要使設(shè)備發(fā)揮出應(yīng)有的效能，必須有優(yōu)良的環(huán)境條件作保證。從上世紀(jì)50年代起，為了充分發(fā)揮望遠(yuǎn)鏡的最大效率，各國(guó)天文學(xué)家就十分重視天文臺(tái)址的選擇。衡量臺(tái)址的好壞主要有以下幾個(gè)指標(biāo):(1)天氣情況，要保證一年至少有200多天可觀測(cè)的好天氣。(2)好的大氣視寧度條件。由于溫度及風(fēng)的影響，大氣折射率時(shí)刻都在變化，這使得到達(dá)望遠(yuǎn)鏡口徑的光強(qiáng)度及方向也不斷變化，這種現(xiàn)象被定義為視寧度。大氣視寧度是衡量臺(tái)址優(yōu)劣的最重要指標(biāo)，理想臺(tái)址的大氣視寧度應(yīng)在1″以?xún)?nèi)。由于海拔高度低的臺(tái)址光經(jīng)過(guò)的大氣層厚，大氣視寧度差，因此，建設(shè)臺(tái)址多數(shù)選在高山之巔。(3)盡可能避開(kāi)人類(lèi)活動(dòng)密集的地區(qū)，減少天光背景及大氣污染的影響。(4)避開(kāi)地震帶，保證地基堅(jiān)固穩(wěn)定。(5)臺(tái)址區(qū)的供電、供水、交通及相關(guān)設(shè)施要滿足基本生活需求。世界上主要的光學(xué)臺(tái)址在美國(guó)夏威夷、智利及西班牙的加利納(Canary)島。近期我國(guó)也在西部開(kāi)展了塔臺(tái)選址的研究工作［1-2］。為了能對(duì)我國(guó)今后研制塔臺(tái)圓頂提供技術(shù)支持，本文基于對(duì)國(guó)外有代表性的塔臺(tái)圓頂?shù)难芯亢头治?，提出了一系列相?yīng)的塔臺(tái)圓頂設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的相關(guān)因素。

2 典型望遠(yuǎn)鏡塔臺(tái)圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式

按幾何形狀，塔臺(tái)圓頂可分為:半球形、球柱形、圓柱形及多面體柱形等幾種形式。從使用方式上看，圓頂又分為:轉(zhuǎn)動(dòng)圓頂、隨動(dòng)圓頂及可分離式圓頂。近年來(lái)，歐洲南方天文臺(tái)又設(shè)計(jì)出篷式折疊圓頂并投入使用。

通常，球形圓頂允許望遠(yuǎn)鏡在其內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其體積小于柱形圓頂。球形形狀允許在頂上開(kāi)百葉窗口，遇有強(qiáng)風(fēng)時(shí)可最大限度減小開(kāi)啟尺寸。遇有雪天，球形結(jié)構(gòu)較平面結(jié)構(gòu)可少存積雪。另外，由于圓形結(jié)構(gòu)的軸對(duì)稱(chēng)性，其迎風(fēng)、抗強(qiáng)風(fēng)的能力較其它結(jié)構(gòu)要強(qiáng)。柱形圓頂在通風(fēng)能力上占有優(yōu)勢(shì)。盡管其結(jié)構(gòu)形式的效率較低，表面積及體積較大，但由于可使用直梁構(gòu)件進(jìn)行建造，其造價(jià)會(huì)大大降低。球形圓頂在望遠(yuǎn)鏡上方存在風(fēng)流提升效應(yīng)，會(huì)影響視寧度，而柱形圓頂就沒(méi)有此類(lèi)問(wèn)題，總之兩種形狀各有優(yōu)缺點(diǎn)。一般傳統(tǒng)圓頂都是球形旋轉(zhuǎn)圓頂，早期的圓頂為兩個(gè)半球形部分繞同一個(gè)回轉(zhuǎn)軸各自獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)部分的組合運(yùn)動(dòng)可使望遠(yuǎn)鏡光軸指向半球面內(nèi)的任何方向。這種結(jié)構(gòu)可手動(dòng)也可自動(dòng)控制，但圓頂體積較大，可以減小進(jìn)入內(nèi)部的風(fēng)速。旋轉(zhuǎn)圓頂可允許圓頂和望遠(yuǎn)鏡獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，這樣用于內(nèi)部起吊的起重機(jī)及升降機(jī)等設(shè)備就可以安裝在圓頂上，使望遠(yuǎn)鏡周?chē)泻艽蟮目捎每臻g。隨動(dòng)圓頂意味著圓頂要隨著望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)而同步轉(zhuǎn)動(dòng)，多鏡面望遠(yuǎn)鏡(MMT)及新技術(shù)望遠(yuǎn)鏡(NTT)圓頂就是隨動(dòng)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由一層絕熱性好、熱容低的墻將望遠(yuǎn)鏡部分和辦公區(qū)、實(shí)驗(yàn)室及存儲(chǔ)區(qū)部分隔開(kāi)。圓頂及建筑的總體尺寸大為減小，造價(jià)也低，三明治式的墻體結(jié)構(gòu)可使氣流平緩。其缺點(diǎn)是氣窗結(jié)構(gòu)提高了風(fēng)速，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生震動(dòng)，且由于隨動(dòng)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量被大幅度提高，從而導(dǎo)致控制復(fù)雜化?？煞蛛x式圓頂即觀測(cè)時(shí)圓頂要與塔臺(tái)分離，放置在塔臺(tái)側(cè)面或下面。這種結(jié)構(gòu)雖然降低了塔臺(tái)熱容，使望遠(yuǎn)鏡溫度可快速與環(huán)境溫度一致，但操作不方便，不適合大口徑望遠(yuǎn)鏡，尤其對(duì)于主動(dòng)光學(xué)薄鏡面結(jié)構(gòu)，遇有強(qiáng)風(fēng)迎風(fēng)工作會(huì)產(chǎn)生風(fēng)擋玻璃效果，使鏡面控制變得困難。

隨著技術(shù)進(jìn)步及應(yīng)用的擴(kuò)展，現(xiàn)代塔臺(tái)圓頂?shù)脑O(shè)計(jì)更注重?zé)峥匦Ч瑸樽非笏_(tái)視寧度及望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)視寧度指標(biāo)，結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜緊湊，特別是4 m級(jí)以上的大口徑望遠(yuǎn)鏡塔臺(tái)設(shè)計(jì)考究、造價(jià)昂貴。圖1為夏威夷毛伊觀測(cè)站塔臺(tái)群，圖2為8.2 m極大口徑望遠(yuǎn)鏡(VLT)用高檔圓頂［3-4］。

圖1 夏威夷毛伊觀測(cè)站塔臺(tái)群Fig.1 Actual picture of Maui space surveillance sites in Hawaii

圖2 8.2 m VLT用高檔圓頂Fig.2 Enclosure of VLT with aperture of 8.2 m

新型折疊式圓頂在打開(kāi)時(shí)，會(huì)使望遠(yuǎn)鏡處于完全開(kāi)放的環(huán)境中，不會(huì)因?yàn)槠浔旧淼慕Y(jié)構(gòu)影響氣流運(yùn)動(dòng)并影響氣流溫度變化，視寧度條件好，在打開(kāi)后幾分鐘內(nèi)就可使圓頂內(nèi)外的空氣溫度達(dá)到平衡。由于其自身為布和鋼架的混合結(jié)構(gòu)，所以吸熱量小，溫控簡(jiǎn)單，有利于觀測(cè)，且造價(jià)低，質(zhì)量輕，便于制造和安裝，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。正是由于以上的突出優(yōu)點(diǎn)，折疊式圓頂正在受到人們?cè)絹?lái)越廣泛的關(guān)注［11-12］。

在Canary島有兩個(gè)已經(jīng)建成的折疊式望遠(yuǎn)鏡圓頂—DOT和GREGOR，直徑分別為7 m和9 m，DOT圓頂如圖3所示，這是兩個(gè)大型全自動(dòng)折疊圓頂?shù)某晒Ψ独?。DOT圓頂已經(jīng)工作了14年，GREGOR圓頂也已經(jīng)工作了6年。這些圓頂經(jīng)歷了多次強(qiáng)風(fēng)和雨雪天氣的襲擊，結(jié)構(gòu)完好無(wú)損，也沒(méi)有因?yàn)轭l繁的打開(kāi)和關(guān)閉而松弛，尤其是GREGOR，經(jīng)受住了2005年11月28日Delta颶風(fēng)的侵襲，現(xiàn)在仍然可以在風(fēng)速為20～25 m/s的環(huán)境中安全地打開(kāi)和關(guān)閉［5-6］。

圖3 DOT望遠(yuǎn)鏡折疊圓頂Fig.3 Actual picture of DOT retractable enclosure

塔臺(tái)圓頂設(shè)計(jì)主要包括:塔臺(tái)布局設(shè)計(jì)、環(huán)境適應(yīng)性條件設(shè)計(jì)、圓頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)向架及驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)等。塔臺(tái)布局主要由互相連通但隔熱的幾個(gè)部分組成，包括控制室、設(shè)備室、望遠(yuǎn)鏡基墩及旋轉(zhuǎn)圓頂幾個(gè)部分，要根據(jù)選定站址的地理?xiàng)l件及相關(guān)使用能力要求進(jìn)行合理布局。

望遠(yuǎn)鏡塔臺(tái)圓頂并非常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)，站址往往選在遙遠(yuǎn)的高山上，其受地震及強(qiáng)風(fēng)的影響風(fēng)險(xiǎn)高。因此，從氣象學(xué)及地球物理學(xué)角度考慮要建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，要能滿足工作條件、邊界環(huán)境可操作條件及極端情況下生存條件的要求。圖4為4.2 m口徑DCT望遠(yuǎn)鏡塔臺(tái)圓頂設(shè)計(jì)實(shí)例截面圖［7］。

圖4 DCT望遠(yuǎn)鏡塔臺(tái)圓頂截面圖Fig.4 Diagram of DCT enclosure section

DCT站址位于2 377.5 m的高山上，其環(huán)境適應(yīng)性條件設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 DCT站環(huán)境適應(yīng)性條件Tab.1 Environment conditions of DCT

圓頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有:望遠(yuǎn)鏡室設(shè)計(jì)、風(fēng)擋及天窗設(shè)計(jì)等。通常，從視寧度角度考慮，望遠(yuǎn)鏡室基面要高于地面10～20 m，這一高度也可減小灰塵的影響。通風(fēng)有助于減小圓頂視寧度，因此在圓頂上部要安裝可開(kāi)啟閉合的天窗，在側(cè)部要設(shè)置風(fēng)擋窗口。

3 塔臺(tái)圓頂?shù)臒嵩O(shè)計(jì)原則及環(huán)境適應(yīng)性考慮

以3.67 m口徑的先進(jìn)光電系統(tǒng)(AEOS)望遠(yuǎn)鏡塔臺(tái)圓頂為例來(lái)分析圓頂內(nèi)的熱控措施，如圖1所示。天文圓頂是惡劣局部視寧度的主要來(lái)源，因?yàn)榘滋靾A頂被加熱而晚上熱空氣被截留在圓頂內(nèi)部，這些熱空氣只有通過(guò)狹長(zhǎng)的天窗才能擴(kuò)散出去，而望遠(yuǎn)鏡就是通過(guò)這個(gè)天窗實(shí)施觀測(cè)的。AEOS圓頂?shù)脑O(shè)計(jì)考慮了如何解決這一問(wèn)題，圓頂由兩個(gè)頂部開(kāi)孔的同心圓筒組成，望遠(yuǎn)鏡工作時(shí)天窗打開(kāi)，圓頂?shù)膰鷫档椭镣h(yuǎn)鏡從孔里顯現(xiàn)出來(lái)，使望遠(yuǎn)鏡完全暴露在周?chē)归g大氣中。這種形式的圓頂使得圓頂內(nèi)的熱空氣能迅速地?cái)U(kuò)散到周?chē)目諝庵?，從而消除?biāo)準(zhǔn)圓頂設(shè)計(jì)給視寧度帶來(lái)的負(fù)面影響。圓頂裝有4個(gè)空氣調(diào)節(jié)器以產(chǎn)生冷空氣，通過(guò)在操作開(kāi)始前對(duì)圓頂進(jìn)行制冷，使得望遠(yuǎn)鏡和外部空氣的溫差最小化。一旦操作開(kāi)始，這些空氣調(diào)節(jié)器就要關(guān)閉，否則系統(tǒng)內(nèi)空氣的流動(dòng)會(huì)引起望遠(yuǎn)鏡周?chē)諝獾奈蓙y。內(nèi)部設(shè)置了主鏡防結(jié)露空氣干燥系統(tǒng)，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡處于貯存位置，干燥空氣被抽到主鏡和鏡蓋之間的空隙以阻止?jié)駳庠谥麋R上凝結(jié)，保護(hù)光學(xué)鍍膜免受損害。圓頂內(nèi)的空氣被抽到干燥單元并加熱到32.2℃，然后這些空氣通過(guò)一個(gè)隔離的空氣調(diào)節(jié)器重新冷卻。此外，內(nèi)部還設(shè)置了望遠(yuǎn)鏡通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)孔位于軛臂、背部和鏡體組件上的不同點(diǎn)，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)，空氣被吹入通風(fēng)孔，然后經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)。吹動(dòng)空氣的風(fēng)扇位于望遠(yuǎn)鏡的地板下面，而望遠(yuǎn)鏡則位于一個(gè)隔離的厚厚的水泥地板上，這樣能使系統(tǒng)傳遞給望遠(yuǎn)鏡的振動(dòng)最小化。順著風(fēng)向，空氣在離望遠(yuǎn)鏡幾百英尺外被排空。風(fēng)扇吹動(dòng)周?chē)目諝馔ㄟ^(guò)望遠(yuǎn)鏡，使望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)內(nèi)和周?chē)諝獠辉俅嬖跍夭睿?］。

環(huán)境溫度適應(yīng)性問(wèn)題即為熱控問(wèn)題。熱控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)宗旨是使關(guān)鍵系統(tǒng)的溫度控制在設(shè)計(jì)范圍并使觀測(cè)站址的科學(xué)性能最大化。具體原則如下:保持光學(xué)及支撐結(jié)構(gòu)的溫度在其設(shè)計(jì)范圍;保持靠近光路系統(tǒng)尤其主鏡系統(tǒng)的溫度接近環(huán)境溫度，使地基望遠(yuǎn)鏡的視寧度最小化;保持科學(xué)設(shè)備及探測(cè)器在適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?對(duì)紅外系統(tǒng)要求設(shè)備背景輻射的影響最小化。

熱控方法主要有被動(dòng)熱控和主動(dòng)熱控兩種。被動(dòng)熱控方法主要有:涂鍍、隔熱、散熱(控制外部熱量輸入或廢熱積存)。主動(dòng)熱控方法主要有:熱管加熱、強(qiáng)制通風(fēng)及冷卻劑制冷。設(shè)計(jì)時(shí)要關(guān)注使用材料的熱導(dǎo)率、線漲系數(shù)、日光吸收率及發(fā)射率等參數(shù)。主鏡的材料選擇要考慮低膨脹(ULE)玻璃及微晶玻璃等低膨脹材料，在尺寸及面形精度控制上要考慮薄鏡面(降低熱慣量)及主動(dòng)光學(xué)技術(shù)。塔臺(tái)的熱穩(wěn)定性問(wèn)題是導(dǎo)致成像質(zhì)量下降的根源，也就是局部視寧度或塔臺(tái)視寧度問(wèn)題。實(shí)踐證明，溫度的起伏變化在接近熱交換表面處最大，由溫度起伏帶給視寧度的影響也會(huì)隨著遠(yuǎn)離熱交換表面而快速減小。因此，對(duì)塔臺(tái)及望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部自由對(duì)流的控制成為設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。

熱設(shè)計(jì)是望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)及塔臺(tái)圓頂設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，是一體化設(shè)計(jì)問(wèn)題。20世紀(jì)70年代，隨著大口徑望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)應(yīng)用，塔臺(tái)圓頂熱設(shè)計(jì)逐漸受到重視。主要采取的方法是:(1)用小的狹縫及風(fēng)擋窗口將圓頂內(nèi)外隔離;(2)控制望遠(yuǎn)鏡及圓頂?shù)臏囟?，使其夜間工作時(shí)圓頂內(nèi)、外部空氣的溫差最小。采用冷卻地板的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡及鏡室的溫控，但這種方法雖然取得了一定的效果，不過(guò)由于對(duì)大型望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量要求很高，塔臺(tái)及望遠(yuǎn)鏡都存在較大的熱慣量，忽視了內(nèi)部視寧度的控制，仍然沒(méi)達(dá)到理想的熱控效果。20世紀(jì)90年代，以MMT為代表的大型望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)首先革新了傳統(tǒng)的熱控方法，提出了現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡及塔臺(tái)圓頂熱設(shè)計(jì)的新思路。主要采取的方法是:首先，望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)及光學(xué)元件采用較低熱慣量設(shè)計(jì)方法，采用輕質(zhì)薄鏡面結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為開(kāi)放式風(fēng)格;其次，圓頂在夜間工作時(shí)大范圍敞開(kāi)，使望遠(yuǎn)鏡最大限度接觸周?chē)諝?，允許其達(dá)到熱平衡。在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要體現(xiàn)下列設(shè)計(jì)原則:(1)望遠(yuǎn)鏡安置在足夠高的距地高度處，通過(guò)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)圓頂，阻止地表氣流進(jìn)入圓頂內(nèi)或在望遠(yuǎn)鏡上方流動(dòng)。(2)圓頂外部表面采用高反射及隔熱設(shè)計(jì)，使白天的熱輸入最小化;采用望遠(yuǎn)鏡室空調(diào)控溫及主鏡單元控溫來(lái)降低高的熱慣量。(3)望遠(yuǎn)鏡室內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生的熱控制在最小范圍，地板下設(shè)置隔熱層。(4)辦公室實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)熱控制在最小范圍。(5)當(dāng)圓頂敞開(kāi)時(shí)，允許風(fēng)平穩(wěn)流動(dòng)，減小風(fēng)進(jìn)入圓頂?shù)淖枇Γ?0，13］。

4 望遠(yuǎn)鏡基墩設(shè)計(jì)原則

圖5 分離式基墩結(jié)構(gòu)Fig.5 Schematic diagram of separate foundation pier

基墩用于為望遠(yuǎn)鏡提供穩(wěn)定的承載安裝平臺(tái)，對(duì)其承載能力要求較高。如4.2 m口徑的DCT望遠(yuǎn)鏡基墩承載能力為175 t;8.2 m口徑的VLT望遠(yuǎn)鏡基墩承載能力為1 000 t。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，塔臺(tái)圓頂和基墩是兩套完全獨(dú)立的系統(tǒng)。為了減少圓頂旋轉(zhuǎn)及風(fēng)擾動(dòng)引起的振動(dòng)干擾，塔臺(tái)基礎(chǔ)和基墩基礎(chǔ)要完全隔離開(kāi)。由于低造價(jià)及優(yōu)良的阻尼特性，基墩一般由鋼筋混凝土建造而成。最理想的設(shè)計(jì)是基墩直接建造在地下基巖上，但這很難做到，成功與否取決于站址的地理?xiàng)l件及望遠(yuǎn)鏡的噸位。典型的基墩結(jié)構(gòu)有兩種:一種是在地下灌注成型或打入的柱樁上建造基墩，基墩一般設(shè)計(jì)成空心圓柱、空心圓錐或方形，靠支撐樁的側(cè)面摩擦力來(lái)提供支撐。若望遠(yuǎn)鏡的噸位較大，則支撐樁必須打入地下基巖上。圖5即為這種基墩結(jié)構(gòu)。另一種結(jié)構(gòu)為較大面積的混凝土澆注基座(即大質(zhì)量塊)，支撐力來(lái)自于基墩下土壤對(duì)混凝土塊的均布?jí)毫ΑＭǔ?，露出面部分的?qiáng)度計(jì)算和一般的結(jié)構(gòu)分析完全相同，但地下部分的計(jì)算主要取地決于土壤的剪切模量G和泊松比γ。對(duì)望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)最重要的并不是它的承載能力，而是它的彈性系數(shù)，特別是引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)的動(dòng)態(tài)彈性系數(shù)?；赵O(shè)計(jì)除考慮承載能力外，更重要的是保證抗扭剛度及系統(tǒng)固有頻率。基墩與望遠(yuǎn)鏡底部的接口是通過(guò)地基環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，地基環(huán)一般為鑄鐵結(jié)構(gòu)，其與基墩之間的連接剛度取決于地基環(huán)布筋及植入基墩內(nèi)的鋼體錨桿的穩(wěn)固連接。也有系統(tǒng)是在地基環(huán)和基墩之間的縫隙注入高強(qiáng)度膠，進(jìn)一步提高基座的穩(wěn)定性及連接剛度。

望遠(yuǎn)鏡與基墩的設(shè)計(jì)要一體化考慮，特別要重點(diǎn)分析對(duì)地震載荷的適應(yīng)能力，這關(guān)系到昂貴的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的使用壽命。8.2 m口徑的VLT望遠(yuǎn)鏡基墩設(shè)計(jì)就對(duì)抗地震載荷的能力進(jìn)行了深入分析［9］。

地震的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)一般以其加速度的頻譜來(lái)表示，地震運(yùn)動(dòng)有3個(gè)方向的分量，包括2個(gè)水平方向和1個(gè)垂直方向。地震運(yùn)動(dòng)加速度的頻譜是一種地震波的響應(yīng)譜，所謂地震波的響應(yīng)譜是地震波對(duì)于單一的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)所產(chǎn)生的最大影響。地震波的響應(yīng)譜的平方是地震的能量譜，這個(gè)能量譜是頻率的函數(shù)，也與系統(tǒng)的阻尼值相關(guān)，一般情況下采用的阻尼值為1%。地震強(qiáng)度以地表水平加速度值來(lái)表示，一般基墩設(shè)計(jì)分析取值為0.3 g。地震的震級(jí)與最大地表加速度有著密切關(guān)系。表2為歐洲南方天文臺(tái)VLT系統(tǒng)分析地震載荷能力采用的特征參數(shù)，站址位于智利北部的Cerro Paranal。其中，OBE為可操作的基本地震參數(shù)，MLE為最大可能的地震參數(shù)［9］。

表2 地震特征參數(shù)Tab.2 Earthquake characteristic parameters

5 結(jié)束語(yǔ)

地基望遠(yuǎn)鏡塔臺(tái)圓頂?shù)脑O(shè)計(jì)制造是系統(tǒng)工程，關(guān)系到設(shè)備的使用效能和觀測(cè)效果。目前，靶場(chǎng)用經(jīng)緯儀的圓頂設(shè)計(jì)還很簡(jiǎn)單，更多考慮的還是容納功能，對(duì)臺(tái)址的選擇受靶場(chǎng)儀器布站位置的制約，無(wú)法照顧視寧度指標(biāo)。天文觀測(cè)用望遠(yuǎn)鏡對(duì)站址的選擇考慮了視寧度因素，但多半離城市較近，天光背景不佳。國(guó)內(nèi)各天文臺(tái)站的塔臺(tái)圓頂設(shè)計(jì)不夠高檔，熱設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)。因此，本文通過(guò)對(duì)國(guó)外高檔塔臺(tái)圓頂?shù)难芯?，提出一系列相?yīng)的塔臺(tái)圓頂設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素，以期為我國(guó)今后研制高檔塔臺(tái)圓頂提供一些技術(shù)參考。

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