近地小行星探测和危险评估

<正>1994年7月,苏梅克-列维9号彗星的21个碎片以约60 km/s的速度撞击木星,这是人类第1次直接观测到的大规模天体相撞.这次事件表明地球面临着天体碰撞的现实威胁.1995年在纽约联合国大厦召开的预防近地天体撞击地球的国际科学会议上,紫金山天文台提出了中国近地天体探测计划(CNEOS).1998年,CNEOS计划正式立项启动.从选址建站、望远镜和CCD系统研制,到投入试观测,实现海量数据处理和碰撞危险评估,经历了7 yr多时间.本论文综述CNEOS观测系统的概     

近地天体探测现状

本文简要介绍了国内外近地天体探测工作的现状,还介绍了我国正在建造的近地天体探测望远镜的情况。     

不同测站近地小行星地基观测效能评估研究

目标的完备性搜索是开展近地小行星预警和防御的前提. 为量化评价近地小行星观测效能, 提高监测设备使用效率, 提出一种综合望远镜参数和测站天文条件的观测效能评估方法. 以观测目标信噪比作为检测指标, 设定检测条件形成目标检测方法, 定义评价指标用于评估近地小行星观测效能. 再基于近地小行星轨道数据和尺度分布模型, 建立近地小行星轨道数据模拟样本库. 最后选取中国科学院紫金山天文台盱眙观测站和中国科学院国家天文台冷湖观测台址, 仿真分析近地天体望远镜对直径0.01--30km近地小行星的观测效能, 结果表明: 不考虑两观测站年有效观测时间差异, 近地天体望远镜在冷湖观测全尺寸模拟样本的效能比在盱眙提高了5.21倍, 其中对1km以上直径目标的观测效能相当, 对1km以下直径目标的观测效能差异开始显现, 对0.1km以下直径目标冷湖优势更显著.     

基于0-1线性规划的近地天体望远镜巡天调度优化

针对近地天体望远镜巡天观测的特点,将调度优化问题转化为约束优化问题.通过引入0-1变量,实现了目标函数和约束条件的线性化表达,建立了0-1线性规划模型.优化调度中不仅考虑了观测价值的最大化,同时也考虑了观测资源的消耗.仿真表明,通过模型优化可简便地考虑更多的因素,充分发挥望远镜运行效率.     

120cm近地天体望远镜选址

介绍紫金山天文台120cm近地天体望远镜选址情况，给出了选址点的夜天光亮度和大气视宁度，风向，风速，温度，液温差和相对温度等气象要素的观测结果，结果表明：盱眙跑马山的天文气候条件满足120cm近地天体望远镜的要求。     

近地天体望远镜增加卡氏内氏焦点的可行性研究

近地天体望远镜是巡天望远镜, 具有短焦距、大视场、低空间分辨率的光学特点. 望远镜只有一个主焦点, 焦距1.8 m, 底片比例9um/'', 像斑几何能量集中度EE80 ≤2''(像斑环绕能量的80%,即80% encircled energy, 记为EE80), 有效视场直径为4.28-°(14.3deg2), 目前配10k times 10k的STA1600LN CCD (charge-coupled device) camera, 观测视场为9deg2. 通过光学系统设计, 在原光学系统上增加副镜及场改正镜, 获得了焦距9m的卡氏焦点和内氏焦点，底片比例43.6 um /"，在直径15''的可用视场内，像斑EE80≤0.5",为近地天体望远镜实现多终端观测提供了理论依据.     

中国小望远镜观测太阳系小天体项目的回顾

回顾了中国用小望远镜进行的一些科研项目,如小行星的天体测量和测光观测,近地天体的观测和天然行星卫星的天体测量观测.介绍了小行星和近地天体轨道的测定,以及行星/月球历表的编制.简述了天体测量标准区的建立,从射电源光学对应体推算光学和射电参考架的联系,双星轨道的测定,以及星团成员星自行的测定.提出了改进GSC2.3的新项目...     

近地天体望远镜配置大阵面CCD后轴外像差的校正

近地天体望远镜由SI600S (4k×4k) CCD升级为STA1600LN (10k×10k) CCD后,观测视场由4 deg~2增至9 deg~2,可用视场直径由望远镜原设计视场的3.14°增至4.28°,超出原设计36%,同时作为CCD密封窗的场镜增厚8.75 mm;两个因素导致10k CCD成像的轴外像差增大,视场外围的像质变差.依据望远镜原始设计光学参数,借助光学设计软件ZEMAX进行像质改善尝试,最终选择在10k CCD场镜前插入一个由两片球面透镜组成的场改正镜,使10k CCD的轴外像差得到校正.同时还提出了一个进一步拓展近地天体望远镜观测能力的设计方案,将望远镜的可用视场从目前的14.38 deg~2扩展至28.27 deg~2.     

近地天体望远镜的PSF分布研究

盱眙近地天体望远镜CCD视场为1.94°×1.94°,作为大视场望远镜由于存在场曲现象,因此根据单颗星像调焦会导致PSF(Point Spread Function)分布不均匀.研究所拍摄图像的PSF分布特征,并通过拟合半高全宽和离焦量的函数关系模拟出弯曲焦面,从而确定出最佳成像平面.制定出根据PSF的半高全宽直方图来判断最佳成像平面的调焦方法.     

丽江2.4米望远镜多波段测光观测控制系统的设计与开发

丽江2.4 m望远镜在卡塞格林焦点上安装多个观测设备,为了最大限度地提高望远镜的观测效率,需要实现对各终端控制系统的集成控制。原有的多波段测光系统的控制程序不具备集成化的条件,需要对其进行集成化开发以满足要求。借鉴云南暗弱天体光谱成像仪和望远镜的控制系统,在Linux系统下对多波段测光系统的控制系统进行重新开发,设计并完成了3个主要部分:观测控制程序、设备控制程序和设备数据库,成功实现了多波段测光系统、云南暗弱天体光谱成像仪与望远镜统一的控制模式,使其具备与其它设备控制系统集成的能力,满足多终端集成控制的要求。     

1.2m地平式望远镜伺服控制和传动系统的特性--单点和多点摩擦传动的力学特性(一)

根据云南天文台1.2m地平式望远镜对近地卫星激光测距要求,以及对摩擦传动原理的分析和实际检测的结果,详细讨论了1.2m望远镜单点及多点摩擦传动的力学特性,以及由这些特性所决定的传动参数.得到在两点摩擦传动时,望远镜能够达到的方位最大角加速度为10°/s2 ,方位最大角速度5°/s,满足跟踪近地卫星的要求.     

近地小行星发现数目与发现场景的统计分析

近地小行星是一类可能对地球安全造成潜在威胁的太阳系小天体, 目前绝大部分的近地小行星是由地基望远镜发现的, 且数目仍在不断增加. 为了对我国未来开展近地小行星发现监测提供参考和借鉴, 利用国际小行星中心公开的数据库对所有近地小行星首次发现时刻的观测资料开展了多维度统计分析. 发现望远镜探测能力的限制会对近地小行星的发现造成选择效应, 导致不同轨道类型近地小行星发现的相对比例逐年变化且与直径有关. 另外, 结合数值模拟获得的轨道数据, 对近地小行星首次发现时的观测场景进行了还原, 获得了发现时刻近地小行星位置在不同天球坐标系的分布, 分析了其分布特征与季节、测站纬度和小行星直径的依赖关系. 最后, 通过分析数据定量考察了太阳、月球和银道面对近地小行星发现的影响, 发现地基望远镜一般难以发现来自太阳方向90$^\circ$范围内直径140m以下的近地小行星, 并且随着小行星直径的减小该限制范围也将变大; 月光污染对近地小行星发现的影响也非常显著, 望月前后几天的观测限制可导致约29%的目标无法被发现, 而且分析表明农历上半月发现的目标一般比下半月发现的更难以被跟踪观测; 银道面特别是银心方向会对近地小行星发现产生影响, 使得黄道面附近存在与季节相关的观测``盲区''.     

1.2m地平式望远镜伺服控制和传动系统的特性研究--伺服系统校正网络在控制系统中的作用(二)

根据云南天文台1.2m地平式望远镜对近地卫星激光测距要求,以及对串联校正网络在控制系统中的作用分析和实际观测的结果,详细讨论了1.2m望远镜伺服系统校正网络以及经其补偿作用后系统的控制性能。得到在两点摩擦传动时,使用超前校正网络后,望远镜的快速跟踪性能得到了大大提高,能够达到的方位最大角加速度为10°/s2,方位最大角速度5°/s,满足跟踪近地卫星的要求。     

我们的新“眼睛”——近十年部分自主望远镜剪影

郭守敬望远镜（LAMOST）在长城之外、燕山群峰中,坐落着国家天文台兴隆观测基地的郭守敬望远镜（LargeSkyAreaMulti-ObjectF1breSpectroscopyTelescope,简称LAMOST）。这座2011年正式投入运行的巨无霸,由我国科研人员自主研制,主要任务是对天体进行“户口普查”,一次可得多至4000个天体的光谱,将成为世界上光谱获取率最高的望远镜,而且也是世界上口径最大的大视场（野）望远镜。     

宇宙信息

宇宙信息深空中的神秘天体最近,天文学家发现哈勃空间望远镜１９９５年１２月用１０天拍摄的哈勃深空区（ＨＤＦ）里的星系远不止开始时确定的３０００个左右。在这些位于宇宙边缘的遥远星系当中看起来大约有９０个很暗的银河系中的前景星。但天文学家决定更近地观察它们...     

斜轴式望远镜动力学建模与鲁棒控制

斜轴式望远镜是一种新颖的望远镜结构, 其独特的结构设计更适合南极等极端气候环境, 但目前国内外缺乏针对斜轴式望远镜详细的动力学建模与控制研究. 提出一套斜轴式望远镜动力学建模与鲁棒控制方法, 首先, 对斜轴式望远镜进行了动力学分析, 采用拉格朗日法建立望远镜2自由度刚体模型; 接着, 结合望远镜驱动系统的柔性和所受干扰, 完成了斜轴式望远镜的干扰情况下刚柔耦合系统数学模型的推导; 然后, 针对抗干扰问题, 根据所建数学模型, 设计了基于干扰观测器的滑模控制器, 对于所受干扰进行抑制, 实现了斜轴式望远镜的鲁棒控制; 最后, 仿真结果显示, 在考虑模型的非线性外部干扰的情况下, 相比于传统的比例-积分-微分控制器, 基于干扰观测器的滑模控制器使得系统具有更好的动态性能和抗干扰特性.     

NVST焦点探测系统

1 m新真空太阳望远镜在连续观测时,太阳辐射导致的温度变化使其光机结构产生热变形,主要表现为焦点实时变化,产生离焦像差,影响观测数据的质量。为解决这一问题,基于焦点扫描探测算法并结合望远镜的系统结构设计了一个焦点探测系统。首先分析了1 m新真空太阳望远镜焦点变化并设计了焦点探测系统的总体结构;然后进行软硬件系统的详细设计和实现,重点对系统的重复精度和焦点探测精度进行测试,表明系统能满足望远镜的焦点探测精度要求;最后给出了焦点探测系统在望远镜上3个月的运行结果:系统能实时监测望远镜的焦点变化,根据焦点的变化量进行调焦,能得到优秀的观测数据。     

硬X射线成像望远镜系统初步研究

介绍了基于傅立叶变换成像技术的硬X射线成像望远镜,利用双层平行光栅对天体X射线源发出的光进行调制编码,调制后的光由闪烁晶体探测器捕捉并进行光电转换,最后由电子学系统读出.调制准直器型望远镜分为空间调制和时间调制两种类型,时间调制系统要求探测器系统的扫描运动,而空间调制系统不需要运动.对光栅制作工艺进行了研究,给出了准直器的基本结构设计,成功制作了空间调制方式硬X射线成像望远镜原型机所需的关键部件,包括8个碘化铯晶体的探测器模块(含光电倍增管PMT)、8通道成型放大器(其中两套为实验备份)和数据获取系统.对这些部件的设计作了介绍,并给出了电子学系统的测试结果.     

基于图像位移叠加方法探测暗弱小行星

为了提高对太阳系内暗弱小天体的探测能力,将位移叠加方法应用于时序光学图像的处理,提高了暗弱小行星的识别效率.通过试位法预估动目标的视运动速度,确定动目标的存在性,进一步根据目标星象特征判据(信噪比和星象伸长率)迭代确定动目标的精确位置.将位移叠加方法运用在近地天体望远镜同一天区连续曝光的多幅图像的处理中,成功探测到暗于21 mag的单帧不可见动目标,验证了图像位移叠加方法探测暗弱动目标的可行性.     

基于PMAC的天文望远镜控制系统研究及应用

天文望远镜为大型高精密仪器,对望远镜的控制系统性能提出了极高的要求。作为控制系统的核心器件,伺服控制器的性能决定了控制系统的性能。介绍了一种基于PMAC(Programmable Multi Axes Controller)控制器的天文望远镜控制系统,研究了PMAC伺服控制原理、PID参数整定方法及基于PMAC的天文望远镜运动控制系统基本原理,并以此为基础设计了天文望远镜伺服控制系统软、硬件体系。基于PMAC的天文望远镜控制系统主要特点在于,伺服系统采用了传统的PID反馈控制算法和前馈控制算法相结合的组合控制算法,有效地克服了外界扰动对望远镜控制过程的影响,获得了较好的动、静态性能;同时,针对望远镜不同的轴系传动方式,如直驱方式和齿轮传动方式,应用不同的PID参数整定方法,如阶跃整定法和基于速度测量+阶跃整定相结合的参数整定方法,可分别使系统获得较为理想的PID控制参数;另外,基于PMAC的天文望远镜控制系统,对于不同的驱动电机和不同的轴角测量元件,均具有较好的适应性。该系统已在国家天文台2.16 m天文望远镜上得到了应用,该项应用中,采用了"IPC+PMAC"的双CPU分级控制方式,并以VC++为软件平台,通过对于PMAC Pcomm32底层接口函数的调用,实现了基于工控机的望远镜界面操作和控制,同时,以PID反馈控制算法和前馈控制算法为基础,采用了PID参数自适应控制算法,保证了望远镜高速的运行平稳性,也实现了低速精确性和快速性的控制要求。技术研究和运行实践表明,基于PMAC的望远镜控制系统具有较高的控制精度和良好的通用性,可广泛应用在不同类型的天文望远镜系统。