大口徑光學(xué)望遠鏡合成孔徑地面驗證項目“OSCAR-J”

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主譯：梁晨

校對：甘林

審核：牧夫天文校對組

美編：蘇奕月

后臺：王啟儒

原文鏈接：https://www.kenkai.jaxa.jp/research/oscar-j/oscar-j.html

日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）一直在致力于研究開發(fā)當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時能迅速觀測的、由靜止衛(wèi)星全天候觀測地球的系統(tǒng)。為了加速研究開發(fā)，被稱為”O(jiān)SCAR-J※1”的大口徑光學(xué)望遠鏡合成孔徑地面驗證項目正在實施。

研究開發(fā)背景

此次，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）與自然科學(xué)研究機構(gòu)國立天文臺及三菱電機株式會社合作，共同申請了由國立研究開發(fā)法人?科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)實施的經(jīng)濟安全保障重要技術(shù)養(yǎng)成項目（K Program）中的研究開發(fā)構(gòu)想——“實現(xiàn)超高分辨率常態(tài)觀測的光學(xué)望遠鏡技術(shù)”，并成功獲得批準(zhǔn)。

本次研發(fā)的目標(biāo)是率先于世界獲取在靜止軌道上也能夠?qū)崿F(xiàn)適用于地球觀測的大型且高精度的光學(xué)望遠鏡的核心技術(shù)。為了實現(xiàn)這一構(gòu)想，JAXA致力于通過將多塊鏡面組合成一塊大的主鏡從而發(fā)揮功能的分割鏡技術(shù)。即將搭載于可見光波段的光學(xué)衛(wèi)星的分割鏡技術(shù)，這將是全球范圍內(nèi)的首次嘗試。為了實現(xiàn)在太空中設(shè)置直徑約 3.6 米的大型光學(xué)望遠鏡，充分利用材料技術(shù)、精密零部件制造技術(shù)、光學(xué)傳感器構(gòu)建技術(shù)等日本的優(yōu)勢技術(shù)，來開展地面驗證實驗。具體做法是，設(shè)計制造跟實際相同大小的功能驗證模型※2，為了明確分割鏡技術(shù)能否實現(xiàn)，先使用地上的實驗設(shè)備進行光學(xué)實驗。

圖1 使用大口徑光學(xué)望遠鏡功能驗證模型進行的光學(xué)實驗示意圖(平面鏡支架，基準(zhǔn)平面鏡，分割主鏡）

研究開發(fā)的目標(biāo)是未來太空應(yīng)用

根據(jù)觀測需求，為實現(xiàn)在新領(lǐng)域的大范圍觀測，并滿足地球觀測需求的“隨時可以觀測（持續(xù)性）”、“想觀測的地方馬上可以觀測（即時性）”、“同一地點連續(xù)觀測（連續(xù)性）”，經(jīng)常需要把能維持在太空中靜止軌道的特性和擁有極高分辨率大口徑光學(xué)望遠鏡技術(shù)結(jié)合起來。

這項研究開發(fā)的目的是，用于防災(zāi)減災(zāi)的國土強韌化公共應(yīng)用，以及監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施和把握經(jīng)濟活動等民間應(yīng)用等前所未有的多樣化的未來太空應(yīng)用。并且，從這項開發(fā)中得到的光學(xué)望遠鏡技術(shù)可以廣泛應(yīng)用到地球月球之間的高速光通信，通過宇宙望遠鏡觀測天文等。

圖2 光學(xué)望遠鏡實現(xiàn)的未來宇宙利用概念圖

研究開發(fā)中的角色分工

本次研發(fā)根據(jù)K Program的采納結(jié)果，與自然科學(xué)研究機構(gòu)國立天文臺及三菱電機株式會社分擔(dān)如下職責(zé)，由3個機構(gòu)合作推進研發(fā)。

JAXA負責(zé)的研究開發(fā)計劃

在本研究中 JAXA負責(zé)了以下研究開發(fā)計劃內(nèi)容

①分割鏡所需的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

多枚鏡子高精度且穩(wěn)定制造出來的技術(shù)，鏡片之間精密對準(zhǔn)的技術(shù)，用來驗證他們的精密測量技術(shù)，在實現(xiàn)分割鏡上都很重要

②航天器用分割鏡技術(shù)可行性的驗證研發(fā)

為了驗證直徑3.6m的分割鏡技術(shù)實現(xiàn)的可行性，制作了一個1:1等比的功能驗證模型，通過光學(xué)試驗（合成孔徑試驗）對其性能進行評估與驗證是至關(guān)重要的

研究開發(fā)①分割鏡所需的關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)

• 制造構(gòu)成分割鏡的數(shù)枚直徑1.3m級鏡片

• 鏡子之間精密位置調(diào)整功能的開發(fā)

• 評估分割鏡組裝后性能的精密測量技術(shù)的研究開發(fā)

研究開發(fā)②航天器用分割鏡技術(shù)可行性的驗證研發(fā)

• 制作了一個1:1等比的功能驗證模型

• 用模型進行光學(xué)試驗（合成孔徑試驗）

圖3 JAXA負責(zé)的研究開發(fā)項目

注解

1.日本光學(xué)合成孔徑協(xié)同先進研究計劃

2.構(gòu)成主鏡的6枚分割鏡中2枚青色的用來進行精密制造技術(shù)和光學(xué)性能的驗證（剩下4枚是相同大小和重量的模型）

3.這里是指 “構(gòu)建將熱、結(jié)構(gòu)與光學(xué)聯(lián)動的光學(xué)望遠鏡精密仿真模型，并以此高精度預(yù)測光學(xué)望遠鏡在軌道熱環(huán)境影響下的光學(xué)性能狀態(tài)的技術(shù)。”

責(zé)任編輯：甘林

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來源：Spaceweather 版權(quán)：Michael Rosset

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