LAMOST望远镜的工程
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发布时间：2022-04-24 04:42
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好二三四
时间：2022-09-02 20:20
天文学家建造郭守敬望远镜，使中国在大规模光学光谱观测和大视场天文学研究方面居于国际领先地位。郭守敬望远镜即LAMOST望远镜，是以我国元代科学家郭守敬命名。郭守敬望远镜是中国天文学家自主发明的新型望远镜，可在焦面上放置4000根光纤，同时获得4000个遥远天体的光谱。
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时间：2024-03-20 19:33
1992年4-5月，中国天文学会和中科院数理学部向全国天文界征集下一阶段天文重大观测设备建议。以王绶琯、苏定强院士为首的研究集体针对国内外现状和发展机遇，提出了建造LAMOST的建议，得到了天文界广泛的支持。LAMOST项目的实施，将使我国天文学在大规模光学光谱观测和大视场天文学研究上，跻身于国际领先行列。
1995年1-2月，国家科委组织对各学科科学工程的建议项目进行评议，LAMOST位居前列。
1996年6月，国家计委、国家科委组织两院院士对国家重大科学工程进行评审，LAMOST位居前列。
1996年7月，国家科技领导小组启动国家重大科学工程计划。
1997年4月，国家计委批复LAMOST项目建议书。
1997年8月29日，国家计委批复LAMOST项目可行性研究报告，标志着LAMOST正式立项。
1999年2月12日，LAMOST项目初步设计报告编制完成。
1999年6月9日，国家计委委托中科院批复了LAMOST项目初步设计与概算。
2000年2月20日，数据处理和研究中心工程开工。
2001年8月，LAMOST项目开工报告获国家计委批准，项目进入正式施工阶段。
2002年12月3日和4日晚，1比1室外主动光学试验闭环校正光学系统的像差精度研究获得初步成功，在对角径为1.1米、厚为25毫米的正六角形试验子镜上的偏轴非球面的精度达到均方根值42纳米。这是针对LAMOST最重要的关键技术而进行的研究。
2003年1月22日，在南京天光所TCS总控开发实验室内进行了LAMOST的“OCS和TCS”0-级联调系统方案研讨，最终确认了TCS研制组的“关于实现0-级OCS和TCS系统联调的技术草案”方案，并通过实测实现了LAMOST南京合肥两地系统联调的第一个成功的演示。
2003年7月，LAMOST海量光谱的自动识别与分析系统，经中科院国家天文台天文学家和自动化所技术专家的联合攻关，已完成技术理论研究工作，LAMOST最重要的实用系统的框架设计方案由此确定。LAMOST建成后将一次观测4000个天体，支撑起一个庞大的天文观测数据库，供天文学家在此基础上开展前沿研究。自动化领域的专家协助天文学家寻找有效的对天体光谱进行自动识别分类和参数测量的算法，开发出可供LAMOST使用的光谱自动识别分类的软件包，已成功建立了各种类型的光谱库。
2003年10月13日，中国科学技术大学近代物理系OCS研究组承担的LAMOST-1级观测控制系统（OCS-1.20）和1级巡天战略系统（SSS-1.00）通过验收。来自LAMOST工程指挥部、国家天文台、南京天文光学技术研究所和中国科学技术大学的16名专家和教授组成验收专家组。
2003年10月14日，由中国科学技术大学承担的LAMOST“光纤定位多单元中间试验系统”通过了专家验收，试验系统达到了合同要求，试验的成功表明LAMOST光纤定位系统研制取得突破性进展。光纤定位系统是LAMOST两个关键技术之一，它要求把4000根光纤在较短的时间内精确对准各自的观测目标。国外采用较为成熟的光纤定位技术，包括固定的定位孔、磁扣式等，由于LAMOST焦面的直径较大（达1.75米），光纤数目较多达4000根（国外目前达到实用的最多只有0根），现有方案很难直接运用。中国科学技术大学邢晓正教授提出的“并行可控式光纤定位”方案最终被采用。该方案定位速度快、精度高，可以实时补偿温度和大气的较差折射等引起的误差，光纤与焦面法线偏角小，直接对准星象，光能损失小，观测上无盲区，四千个可控式单元由相同的构件组成，加工成本低，可靠性高，运行费用低。此次中国科学技术大学研制的19个单元样机经1年半的成功运行后顺利通过验收，表明这项关键技术已取得了突破性进展。
2004年1月7日，LAMOST的球面主镜部分的子镜室样机实验顺利完成。LAMOST的主镜是采用拼接镜面主动光学技术的大型薄镜面，单块六角形子镜的对角径为1.1米，厚度只有75毫米。自2001年开始方案设计以来，南京天光所经历了结构优化分析、细节设计、数次原理和工艺审核、外协加工、部分零件修改、铝制代子镜测试和玻璃子镜测试数个阶段，最终获得初步结论。球面主镜在国内率先采用了一种倒挂式的摇杆机构（WHIFFLETREE）和中孔薄膜机构分别解决了子镜的轴向和侧向支撑问题，所有的机构都隐藏在子镜背后，结构紧凑，避免了拼接镜面中支撑系统可能的干涉问题。
2004年6月15日，LAMOST观测楼在国家天文台兴隆观测站开工建设。出席观测楼奠基仪式的有中科院副院长白春礼、科技部基础司、河北省科技厅、承德市、兴隆县、国家天文台和施工单位的有关领导、LAMOST项目管理委员会和科技委部分成员、以及项目工程指挥部主要成员。
2004年9月，4000根光纤焦面定位系统的设计方案通过评审，并开始加工制造。
2004年11月25日，中国科学技术大学近代物理系承担的LAMOST观测控制系统（OCS-2.10）和巡天战略系统（SSS-1.10）通过了验收。评审专家组由工程指挥部、中国科技大学、国家天文台、南京天文光学技术所18名专家学者组成。
2004年12月30日，南京天文光学技术所承担的LAMOST关键技术预研究项目——“大口径主动光学实验望远镜装置”（左图）在南京通过验收和成果鉴定。专家认为：该装置是国际上第一架采用主动光学技术的反射施密特望远镜，经现场测试获得了高精度测试结果。该装置用六角形薄镜面为主动光学中的可变形镜，发展了相关的主动校正力的定标计算方法，采用主动光学开环控制技术成功地在薄镜面上产生偏轴非球面，补偿了光学系统的像差，解决了大口径、大视场反射施密特望远镜的关键技术之一，属国际首创。该装置的实验成功显示了我国已掌握大口径薄镜面主动光学的关键技术，开创了天文光学中大口径、大视场观测的新局面，具有重大的天文和国防等应用前景。
2005年1月14日，LAMOST项目委托俄罗斯Lytkarino光学玻璃厂（JSC LZOS）加工的第一批共4块MB子镜安全运抵南京天文光学技术所（2004年11月在俄通过验收）。LAMOST的球面主镜（简称MB）尺寸为6.67米 × 6.05米，曲率半径40米，由37块对角线长1.1米、厚度为75毫米的六角形球面子镜组成，加工难度高。本次验收的4块子镜的技术指标完全满足了LAMOST项目的要求。2005年1月18日，LAMOST工程指挥部和中国科技大学在合肥签订了“LAMOST焦面光纤定位装置研制合同”。
2005年4月15日，LAMOST低分辨率光谱仪样机通过了专家评估。LAMOST需配置16台中低分辨率多目标光纤光谱仪和一台高分辨率阶梯光栅光谱仪，低分辨率光谱仪样机已完成。专家组听取了样机研制报告、测试报告，并对现场进行了考察。专家组认为，光谱仪的主要指标如光谱分辨率等，检测用的CCD所能覆盖的光谱范围内已达到设计指标要求并与光学计算结果符合。限于实验条件，有些性能指标尚无法检测，下一步将完善检测设备，以保证正样光谱仪有完备的检测结果。
2005年4月20日，南京天文光学技术研究所承担的院设备更新专项资金支持项目——3.6米环抛机在南京通过了专家组的现场验收。3.6米环抛机为LAMOST施密特改正镜研制需要而配置，已完成试运行。专家组经过严密的验收程序后，一致认为：3.6米环抛机各项定量定性指标均已达到，运行正常，可以满足LAMOST项目Ma子镜光学的预定目标的要求，同意验收。2005年5月18日，LAMOST地平式机架在南京完成机电初联调，经过对跟踪精度和指向重复定位精度的初步检测，各项指标均达到设计要求。这意味着LAMOST地平式机架已达到分拆启运前的要求，是LAMOST研制过程中的又一个里程碑，2005年5月30日-6月2日，“LAMOST项目国际中期评估”在南京和北京举行。来自英国、美国、澳大利亚、法国、德国的9位国际知名天文仪器专家和天文学家担任评委。专家们实地考察了LAMOST的8米MA地平式机架、MB桁架的装调现场、主动光学室外实验望远镜装置、主动光学实验室、力促动器实验室、多目标光纤光谱仪样机、MA/MB子镜样机、摩擦驱动试验、MB子镜及正在该所磨制的MA子镜，并针对会议提交的四个报告和工程建设期间存在的问题和难题进行了讨论。
2005年6月3-4日，在北京召开的“南极DOME C/A大视场巡天望远镜研讨会”上。国外天文学家提议在南极建造一台更大口径的LAMOST望远镜。与国家天文台的LAMOST遥相呼应，对整个天空进行完整的深度光谱观测。
2005年6月16日，LAMOST委托南京天文光学技术所研制的MA子镜第一批（共4块）在南京顺利通过验收。LAMOST项目的反射式施密特改正板（简称MA镜）长5.7米，宽4.4米，由24块MA子镜拼接而成。子镜的外形为正六边形，对角线尺寸为1.1米，厚度为25毫米，其特点是口径大，厚度小，面形精度要求高。验收组听取了研制报告和测试报告并进行了现场抽检，验收组认为：4块子镜均已达到合同的技术要求，其工艺流程合理，在大口径高精度薄平面光学镜面的研制方面已达到国内领先水平。
2005年9月，LAMOST与美国SDSS签订了LAMOST参加“SLOAN数字巡天-II”工作的备忘录。2005年9月20日，LAMOST首件大型设备MA机架从南京天文光学技术研究所启运，运往国家天文台兴隆观测站，标志着LAMOST的研制取得了阶段性的成果，这是LAMOST工程建设具有里程碑意义的重大事件。
2005年11月18日，中国科学技术大学近代物理系承担的LAMOST子课题观测控制系统（OCS-2.20）和观测战略系统SSS-2.00通过了验收。专家评审组由LAMOST工程指挥部、中国科学技术大学、国家天文台、南京天文光学技术研究所的21名专家组成。
2005年12月24日，组成LAMOST本体的反射施密特改正镜（MA）机架、球面主镜（MB）桁架和焦面机构三大部套的安装在兴隆观测站顺利完成，各项指标均达到设计要求，标志着LAMOST项目全面进入现场安装调试阶段。
2006年4月12日，三块对角径1.1米六角形球面MB子镜在南京天文光学技术研究所拼接成功，是LAMOST工程的又一重大进展。在世界上首次应用了在同一块大镜面上同时应用薄镜面（可变形镜面）主动光学技术和拼接镜面主动光学技术，还首次在一个光学系统中同时采用了两块大的拼接镜面。球面主镜的拼接是这个关键技术的重要组成部分，也是使项目造价大为降低的关键之一。进而言之，拼接镜面主动光学技术也是未来巨型地面光学红外望远镜的主要技术之一，掌握此技术意义重大。
2006年11月，委托俄罗斯研制的40块MB子镜（其中包括3块备用子镜）全部通过验收。2006年12月27日，南京天文光学技术所承担并自行研制的LAMOST 30块MA子镜（其中包括6块备用子镜）顺利通过验收（右图）。验收专家组听取了研制报告和验收测试报告，审阅了相关技术资料并进行了现场考察。专家组认为：30块MA子镜面的技术指标均满足合同要求，同意通过验收，这是LAMOST建设过程中又一个重要里程碑。该项工作在大口径高精度非圆形超薄平面研制方面处国内领先，并达到国际先进水平，对我国研制未来巨型望远镜和其他大型光学工程有重要意义。
2007年2月4日，LAMOST首批三块1.1米六角形主镜子镜在国家天文台兴隆观测站顺利安装成功。LAMOST主镜的安装难度很大，经过反复的实战模拟准备，终于安全、顺利地完成首批三块子镜的安装，标志着LAMOST项目顺利进入了光学装调阶段。
2007年2月27日，LAMOST“焦面光纤定位系统（小系统）验收会”在合肥中国科学技术大学举行。来自国家天文台、上海天文台、南京天文光学技术研究所、中国科学技术大学等单位的验收专家和有关领导出席了验收会。焦面光纤定位小系统包括直径600mm的小焦面板、250个光纤定位单元、250单元的驱动控制电路、定位控制软件和定位精度检测系统。与会专家听取了研制报告，检测组检查了项目组提供的详细测试数据，验收组经现场考察和检查。验收组认为，小焦面板、光纤单元、控制系统软硬件和光纤位置检测系统达到了技术要求，该小系统可以通过实验室验收并在兴隆观测站现场安装。
2007年2月28日，LAMOST的地平式机架及焦面机构的机电联调顺利完成，实测技术指标均优于设计指标。地平式机架是LAMOST最大最复杂的精密机械系统，也是我国目前尺寸最大、精度要求最高的光学望远镜跟踪机架。焦面机构用于支撑直径1.8米、安装有4000根光纤及其定位机构的焦面板，并起着在观测过程中消除像场旋转、精确定位焦面板及精确跟踪星像的重要作用。由于其需要场旋转、姿态调整、调焦、侧移的空间五维精确运动，技术难度很大。机电联调的完成是LAMOST又一个阶段性成果，为光机电联调和小系统按时出光奠定了扎实的基础。
2007年5月28日凌晨3点，正在调试中的LAMOST喜获首条天体光谱。随着调试的进展，随后的两天LAMOST已不断地获得越来越多的天体光谱，标志着其各个子系统（望远镜光学和主动光学、跟踪控制、光纤、光谱仪）已全部联通并达到要求的技术指标。LAMOST正处在“小系统”联调阶段，“小系统”调通后，将在此基础上扩展镜面子镜数至24/37块，光纤数至4000根和光谱仪数量至16台。
2007年6月29日，“LAMOST小系统验收会”在北京召开。LAMOST“小系统”包括3米口径的镜面，250根光纤和一台光谱仪，以及LAMOST完整的机架、跟踪和控制系统。中科院基础局组织了国内天文、天文仪器、光学、精密机械、电子及管理科学等领域的著名专家学者20余人对LAMOST的“小系统”进行了全面的综合评估。测试专家组于6月18日和6月28日到兴隆观测基地进行了现场测试和考察。验收专家组听取了研制报告、测试专家组的测试报告，审阅了相关技术资料。专家组认为：“LAMOST小系统的光学质量完全达到了指标要求，多目标光纤光谱系统基本达到预定目标，望远镜、光纤、光谱仪和CCD相机所组成的观测系统，集成情况良好。LAMOST小系统的研制成功证明项目总体方案是正确的，技术和工艺是可行的。同意通过验收。”LAMOST小系统的成功是该项工程建设中的一个重要里程碑，标志着项目建设的所有关键技术难点已被攻克，尤其是国际领先的薄镜面及拼接镜面的主动光学技术和并行可控式光纤两项新技术的成功，为项目建设的全面成功铺平了道路。
2007年8月，南京天光所订购的1.6米箱式真空镀膜机经设备调试和工艺实验获取了可靠的工艺参数，并为LAMOST项目MA、MB子镜添置了专用工装，顺利完成LAMOST三块MA子镜和一块MB子镜的镀膜，经检测，这四块子镜膜层质量优良，膜层的机械强度及反射率指标均达到了设计要求。
2007年12月中旬，中科院上海天文台天体测量团组承担的“LAMOST天体测量支持系统”完成了在LAMOST小系统上的调试，97%以上的有效光纤得到了目标的星光光谱，为下一步科学目标的试验观测打下基础。天体测量支持系统负责为LAMOST望远镜的各运动部分提供实时的指向参数和运动参数，包括施密特改正镜法线的瞬时指向参数、焦面的瞬时位置、姿态和旋转角参数、每个光纤单元的定位参数。由于LAMOST视场大（20平方度）、焦距长（20米）、接收单元离散分布、工作原理特殊，对天体测量支持系统提出很高的精度要求（焦面上允许定位误差50微米）。
2007年底，LAMOST光纤定位系统的可重复的光谱出光率平均达到97%，并安装调试完成约三分之二的光学镜面（24块主镜和16块施密特改正镜的子镜）和8台多目标光纤光谱仪，使项目在2008年全面竣工有了保证，也为科学上的试观测打下了很好的基础。
2008年1月，为了推动LAMOST有关科学研究的开展，组织国内外天文学家对LAMOST观测项目的申请和评估工作，优选观测计划等，国家天文台成立了“LAMOST巡天观测计划遴选和设计委员会”。该委员会发布了“LAMOST数据（征求意见稿）”，以推动国内外天文学家利用LAMOST观测数据进行科学研究的积极性。征求意见稿已向国内天文界公开发布，并在LAMOST网站上公布。委员会还向国内各天文台及其他高校有关的天文学家发出征求LAMOST科学观测计划和科研题目的第一号通知，征求课题的截止期为2008年4月底，5月份将对第一批提出的观测计划进行评审。在评审基础上优选课题，组织相应的工作小组，以推动LAMOST科学研究的全面准备工作。
2008年3月，LAMOST拆除了小系统用的小焦面板，对LAMOST焦面板进行了安装和调试。为了保证产品的质量，工程指挥部先后组织人员对中国科技大学研制的焦面板机械加工进行了出厂前和现场安装后的测试和验收，结果表明焦面板的机械加工以及安装和调试均符合设计要求。
2008年4月4日，美国《科学》杂志（Page 34-35,VOL 320）报道了LAMOST项目的最新进展。文章题为“中国的LAMOST在准备最后的测试”，对LAMOST的技术创新点、建设过程和近况、以及三大科学目标进行了详细介绍。链接:原文
2008年4月10日，LAMOST顺利完成2/3镜面装调目标。16块MA子镜（共24块）和24块MB子镜（共37块）及其支撑系统的现场装调已经完成。24块MB子镜共球心测试结果为80%光能量集中在0.4角秒直径的圆内，达到设计技术要求；通过自准直校正测试望远镜光学系统的成像质量已达到80%光能量集中在1.2角秒直径的圆内（设计指标为80%光能量集中在2.0角秒直径的圆内）；测试结果充分表明：望远镜光学系统的成像质量已优于设计指标。配备的16台光谱仪已有8台完成了光、机、电联调。至此，光谱仪的研制任务完成过半，实现了预定目标。望远镜导星跟踪的综合精度可达0.42角秒，光纤定位系统的可重复的光谱出光率平均达到97%，保证了整个系统稳定全面地出光，为下一步科学目标的试验观测打下了坚实基础。
2008年5月13日，“天体测量支持系统在LAMOST小系统中的应用”验收会在上海天文台召开，验收组由南京光学天文仪器研究所、国家天文台、中国科技大学的专家组成，南京光学天文仪器研究所所长崔向群研究员担任验收组组长。在听取了上海天文台天体测量研究团组科研人员的总结报告后，与会专家对天体测量支持系统在LAMOST工程小系统调试中的工作进行了评估。该支持系统负责为LAMOST望远镜的各运动部分提供实时的指向参数和运动参数及其导星修正量，主要包括施密特改正镜法线的瞬时指向参数、焦面的瞬时位置、姿态和旋转角参数、每个光纤单元的定位参数。在LAMOST小系统的调试过程中，天体测量支持系统与光学、机械、电控、光纤定位、光谱仪等各子系统密切配合，在天气情况和仪器状态良好的情况下，望远镜持续1小时导星和跟踪的综合波动均方差达到0”.42，光谱有效出光率达到97%以上，并可重复，为下一步LAMOST大系统的调试打下了坚实基础。验收组认为支持系统的设计方案行之有效，其中的硬件部分和软件部分的性能都达到了所要求的指标，能够正常支持观测过程的实现，并在小系统整体调试中发挥了重要的作用，同意通过验收。
2008年6月21日，LAMOST在兴隆观测站完成了24块反射施密特改正镜（MA）、37块球面主镜（MB）的安装。这是LAMOST项目研制过程中的一个重要里程碑，标志着LAMOST项目全面进入最后的现场装调阶段。
2008年9月27日夜，LAMOST望远镜在调试中一次观测得到1000余条天体的光谱。截止到发稿，在每次调试观测中，LAMOST都不断地获得1000多至2000多天体的光谱。用于调试观测的天体一般是亮于17等，光谱是在无云观测夜曝光5分钟后获得的。与国际上迄今最多一次观测只能得到600多条天体的光谱相比，LAMOST已经成为世界上光谱观测获取率最高的望远镜。
2008年10月16日，LAMOST落成典礼在国家天文台兴隆观测基地举行。LAMOST于2008年8月底完成了全部硬件安装，并开始进行试观测。望远镜的各项指标均已经达到甚至超过设计要求，在调试过程中单次观测可同时获得3000多条天体光谱的能力。LAMOST已成为我国最大的光学望远镜、世界上最大口径的大视场望远镜，也是世界上光谱获取率最高的望远镜。它的研制成功使我国的大规模光谱观测处于世界领先地位。
2008年12月15日-18日，中科院基础科学局和计划财务局组织专家对LAMOST进行了现场测试（项目的设备部分—望远镜和仪器）。12月19日鉴定验收专家组进行了工艺鉴定验收。专家组认为：LAMOST突破了光学望远镜大口径与大视场不可兼得的困难，在主镜和改正镜上同时实现主动光学技术，把几十个薄镜面，实时调整，完美拼合为一体；并在视场上安装4000根光纤，能同时测定4000个目标的光谱。LAMOST是国际上口径最大、视场最宽、光谱获取率最高的大型施密特望远镜，为国际同行赞许。在研制过程中，有多项技术创新，为今后大望远镜研制奠定坚实基础。
2009年6月4日， LAMOST在中国科学院国家天文台兴隆观测基地顺利
通过国家发展改革委组织的国家竣工验收。验收委员会由国家发展改革委、科技部、国家档案局、基金委、河北省、中科院等有关部门和相关领域的专家组成。国家发展改革委副主任张晓强，中国科学院常务副院长、LAMOST工程建设领导小组组长白春礼任主任委员出席了验收仪式。
为了推动国家重大科学工程LAMOST 竣工后的工程调试与科学试观测工作的顺利开展，2010 年5 月31 日，中国科学院国家天文台正式成立LAMOST 运行和发展中心（现已更名为“郭守敬望远镜运行和发展中心”，以下简称“中心”），下设办公室、观测运行部、技术维护与发展部以及巡天与数据部。聘任赵刚为中心主任、赵永恒为中心常务副主任，崔向群为中心总工程师，褚耀泉、李国平为中心副主任。
2010年12月15日，郭守敬望远镜（LAMOST）运行和发展中心对郭守敬望远镜（LAMOST）镀膜机进行了兴隆现场安装调试验收。LAMOST镀膜机包括一台1.6米箱式镀膜机和一台1.4米专用镀膜机，由北仪创新真空技术有限公司承制。两台设备分别于2008年10月和2009年3月进行了生产现场验收。截至2010年12月31日，技术维护与发展部光学维护小组已经完成了5块MA 子镜的镀膜。经检测，镀膜后的镜面反射率达到92%，较镀膜前提高了约10%。
2010年12月17日至18日，郭守敬望远镜（LAMOST）软件国际评估会在国家天文台召开。评估会的成功召开，是郭守敬望远镜（LAMOST）展开正式巡天前的重要环节，为巡天所需的星表准备、观测控制和数据处理等工作提供了软件方面的保证。
为了更好地为LAMOST提供观测所需的天文与气象环境信息，2011年5月底，LAMOST环境监测室仪器安装调试到位，正式投入使用。
2011年5月，LAMOST光纤定位改进工作取得重要进展，90%的光纤定位精度在1角秒之内，LAMOST整体的光学效率在蓝端为5%左右、红端在10%左右，基本达到光谱巡天观测的要求。
