天光所50周年专文

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在距北京城东北170公里的群山之巅，一座巨大的“超现实主义”的华美建筑巍然屹立。这是我国刚建成的具有世界上最强光谱获取率的巡天天文望远镜——国家重大科学工程“大天区面积多目标光纤光谱望远镜”(LAMOST)。LAMOST因其概念、技术的自主创新和巨大的科学潜能成为了世界天文界瞩目的焦点。它的研制成功与其主要研制单位中国科学院国家天文台/南京天文光学技术研究所(简称南京天光所)紧紧相连。

   


服务国家需求是南京天光所矢志不渝的追求

    中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所地处江苏南京风景秀美的紫金山北麓，玄武湖畔，与世界文化遗产明初中山王徐达墓陵园毗邻。这里雪松高耸成荫，环境幽雅，地质结构也非常适合各项天文技术的发展要求。也正是这里，成就了中国现代天文学家、天文技术专家梦寐以求的依靠自己国家研制的天文仪器探索宇宙奥秘的梦想。

    中国是世界上天文学发展最早的国家之一，在创造古代天文仪器方面曾有过光辉灿烂的历史。但由于种种原因，建国前较为精密的天文观测仪器均依赖进口。

    新中国成立后，党和国家非常重视天文事业的发展，1958年，我国社会主义经济建设已完成第一个五年计划，经济基础、技术水平有所增强和提高。其年5月，在老一辈天文学家和光学工程专家的倡导和建议下，中国科学院第五次常务会议适时地作出了决定：在南京筹建中国科学院南京天文仪器厂，为我国天文事业的发展提供各类天文仪器。

    1958年12月中国科学院南京天文仪器厂筹备处正式成立。1960年5月，中国科学院南京天文仪器厂正式挂牌。

    1960年下半年，即试制成功1.5米射电望远镜抛物面。

    1961年，首次自行设计并试制成功了口径140毫米的马克苏托夫望远镜。

    1964年，研制成功我国第一台60厘米级的天文望远镜——43/60/80折反射望远镜，安装在紫金山天文台，从而结束了中国不能研制中型望远镜的历史。

    1968年，与其他单位联合研制的2.16米望远镜的中间试验望远镜60厘米试验天文反射望远镜取得成功，成为第一架安装在我国第一个天体物理观测基地——北京天文台兴隆观测站的望远镜。

    1968年成功研制出我国首台Lyot双折射滤光器，为改变我国滤光器完全依赖进口的状况打下了基础。

    1972年到1982年间，先后研制成功三台太阳色球、光球双筒望远镜分别安装在北京天文台、云南天文台和乌鲁木齐天文站。参与了神舟六号、神舟七号飞船发射的有关空间天气预报工作。

    为配备与中国科学院1973~1980年天文学规划中要求天文仪器厂完成 2.16米望远镜等六类数百台天文光学仪器的任务相适应的技术力量、设施和条件，1974年9月，原国家计委批准天文仪器厂扩建。扩建后的天文仪器厂具有了研制我国大中型天文仪器的基础设施与条件。

    1974年，研制成功Ⅱ型光电等高仪，上海天文台、云南天文台、北京天文台各安装一台。当时全世界66台测纬仪器所测精度排名，我国的3台排第一、第二、第四名；全世界71台测时仪器所测精度排名，我国排第二、三、四名。

    历经“文革”期间科研工作的长期停滞之后，1974年，中国科学院正式批准当时远东最大的光学天文望远镜，被天文学家誉为中国天文界的首艘“航空母舰”的2.16米望远镜的技术设计任务书。

    1981年，中国科学院撤销2.16工程领导小组及其办公室，工程技术总体改为由南京天文仪器厂负责。

    1984年，与北京天文台联合研制成功太阳磁场望远镜，安装在北京天文台怀柔观测站。这是世界上最先提出并研制成功的用太阳的光球和色球两条谱线进行双层次太阳磁场和速度场视频测量的观测仪器，在国内首次将双折射滤光器成功应用于太阳望远镜，极大提高了观测效率。总体观测性能处于国际领先地位。1988年获国家科技进步奖一等奖。

    1985年，1.26米红外望远镜研制成功，安装在北京天文台兴隆观测站。这是我国自主研制的第一台1米以上口径的红外望远镜，是当时我国口径最大的光学望远镜，也是亚洲最大的红外望远镜。它的研制成功为我国的天文学家开辟了新的观测窗口。1991年获国家科技进步奖二等奖。

    1986年，南京天文仪器厂与紫金山天文台和美国ESSCO公司联合研制的13.7米毫米波射电望远镜获得成功，安装在紫金山天文台青海德令哈观测站，1999年获国家科技进步奖二等奖。1988年7月向美国出口了一台同类型号射电望远镜的机械本体，从此结束了我国长期以来现代天文仪器只进口不出口的历史。

    1988年，2.16米天文光学望远镜研制成功，安装于北京天文台兴隆观测站。它首创使用中继镜做折轴系统转换，避免更换副镜；其光学系统中像场改正器的设计达到了国际领先水平。该望远镜是上世纪80年代期间我国自主研制成功的远东最大的光学天文望远镜，当时的《人民日报》、中央广播电台等多家新闻单位在报道中说：2.16米天文反射望远镜的研制成功，是“继北京正负电子对撞机工程之后，我国又一项重大科技成果”。1998年获国家科技进步奖一等奖。2.16米望远镜的研制凝聚了两代人的心血，使我国的天文观测研究走出了银河系，并由光度测量发展到光谱观测，一大批天文仪器专家和天体物理学家从中得以成长，对我国建造世界级大望远镜和中国天文学具有里程碑意义。

    1991年，中国科学院南京天文仪器厂更名为中国科学院南京天文仪器研究中心。

    1992年，研制的太阳精细结构望远镜获国家科技进步奖二等奖。云南天文台和紫金山天文台赣榆观测基地各安装一台。

    1993年，天文望远镜光学的研究获国家自然科学奖二等奖。这项研究创造性地提出了一系列具有独创性的概念和方法，覆盖了天文光学研究的主要方面，包括：大型光学望远镜大、中视场像质改正器的设计；大望远镜光学系统的研究；研究并成功研制出我国第一台双折射滤光器；深入研究了天文光学系统的优化设计，并且编制出我国第一个光学自动化设计的软件，被成功运用于我国绝大部分光学/红外望远镜的光学优化设计中。

    1994年，恒星长基线光干涉关键技术研究获得初步结果，并通过验收。

    1994年和1998年先后研制成功我国第一个薄镜面主动光学实验系统(其中包含有我国第一台Shack-Hartmann波前检测仪)和我国第一个拼接镜面主动光学实验系统。这两个实验系统为后来LAMOST建议的提出奠定了技术基础。

    1996年与北京天文台合作在太阳磁场望远镜的基础上进一步研制了多通道太阳望远镜获国家科技进步奖二等奖。

    1999年，研制的2.16米望远镜折轴阶梯光栅分光仪获国家科技进步奖三等奖。

    中国科学院南京天文仪器研制中心(厂)几代天文技术专家历经艰苦奋斗、执着追求，成功研制了中国天文观测的主要仪器，开展的天文望远镜光学的研究覆盖了天文光学的主要方面，至今仍在我国天文技术领域发挥着重要作用，同时为世界天文发展作出了贡献。据2001年统计，当时我国各天文台站正在使用的专业天文仪器中75%以上都是由南京天文仪器研制中心(厂)研制。此前天文技术的深厚积累和传承下来的宝贵精神财富成为了南京天文光学技术研究所组建和发展的深厚依托。

    南京天文仪器研制中心的一项重要的前瞻性工作是参与提出了LAMOST项目的总体概念并进行了相关技术的研究。

    10年浩劫期间，世界天文技术迅猛发展。“文革”结束后，我国的天文学家们深感责任重大而紧迫。为了利用有限的资源在竞争激烈的国际天文学前沿中占有一席之地，我国著名天文学家王绶琯院士和苏定强院士瞄准了天文研究中“大规模天文光谱观测严重缺乏”这一突破点，提出了一种“大口径与大视场兼备的天文望远镜”新概念，并对望远镜整体设计有了创新的构想，后来崔向群、褚耀泉、王亚男参与其中展开了细化、论证工作，五人共同提出了“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”(英文简称LAMOST项目)方案，并提出研制LAMOST的建议。

    1997年8月，国家重大科学工程LAMOST正式立项。LAMOST是我国完全自主创新的重大科学工程，技术创新点多，技术挑战性很大，在南京天文仪器研制中心以苏定强院士、崔向群首席研究员为核心凝聚了一支高水平的技术人才队伍。1998年，中科院正式启动国家知识创新工程试点工作。为保障国家重大科学工程LAMOST项目的顺利建设，并从国家战略需求考虑，为我国天文学保留一支发展天文技术的科技队伍，以LAMOST研制队伍为主的南京天文仪器研制中心的科研部分和高技术镜面实验室与我国其他天文台站首批进入创新工程试点。

    2001年4月，南京天文仪器研制中心的科研部分和高技术镜面实验室组建成为中国科学院国家天文台/南京天文光学技术研究所。

    从南京天文仪器厂的成立、历经南京天文仪器中心，再到南京天文光学技术研究所的组建和发展，服务国家需求这根主线贯穿始终，也是几代天文技术专家矢志不渝的追求。

    新时斯LAMOST项目的成功研制续写华章

    LAMOST是一架视场为5度横卧于南北方向的中星仪式的主动光学反射施密特望远镜，它的光学系统包括：5.72米×4.4米的反射施密特改正镜MA(由24块六角形平面子镜拼接而成)，6.67米×6.05米的球面主镜MB(由37块球面子镜拼接而成)和焦面三大部分。其中MA在观测天体的过程中随着时间的改变可实时地变化成需要的非球面面形。随观测天区变化的等效圆通光口径是3.6米~4.9米，焦面上有可自动定位的4000根光纤，连接16台光谱仪，可同时观测多至4000个天体的光谱。LAMOST通过采用中星仪式主动光学反射施密特系统，特别是首先在国际上将主动光学用来产生一个传统方法不能得到的光学系统，解决了世界上大视场望远镜不能同时兼有大口径的难题。LAMOST是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。其研制成功使我国的主动光学技术和大规模光谱观测处于世界领先地位。

    LAMOST的主要技术挑战、技术创新和技术成就为：在国际上首先实现在一块大镜面上同时应用拼接镜面主动光学技术和可变形薄镜面主动光学技术；在国际上首先实现在一个光学系统中同时采用两块大镜面；在国际上首先实现六角形可变形离轴非球面镜面的面形控制和在形状变化的入瞳上的波前检测；具有国际前沿水平的高精度六角形超薄镜面的磨制技术；具有国际前沿水平的8米高精度大型地平式跟踪机架；在国际上首先实现4000根光纤单元在焦面上的精确定位；具有国际前沿水平的多目标光纤光谱技术；具有国际前沿水平的海量数据处理。以上技术创新除光纤定位和海量数据处理外均由南京天光所承担。

    南京天文光学技术研究所重组后，现任所长崔向群继续带领着这支队伍将按期完成LAMOST作为主要任务和目标。全所上下众志成城，秉承老一代科学家勇于探索，勇于创新、不畏艰难、敢于奉献的精神，历经了无数的艰难险阻。面对来自国内外质疑的声音，全所员工坚定信心、埋头苦干，在继承中发展，在发展中创新，攻克了项目中一个又一个的技术难关，自2002年底主动光学闭环控制成功后，就传来了一个又一个的捷报：

    2004年12月，主动光学的开环控制取得成功，标志着室外薄镜面主动光学技术已被彻底攻克。

    2005年4月，研制的LAMOST低分辨率光谱仪样机通过验收。

    2005年12月，南京天光所的项目组成员冒着兴隆观测站零下20摄氏度的严寒，成功完成MA机架、球面主镜MB桁架和焦面机构三大部套的安装。

    2006年4月，首批3块MB子镜在南京天光所预拼接成功。标志着LAMOST项目中的拼接镜面主动光学技术已被攻克。

    2006年12月，南京天光所镜面技术实验室为LAMOST项目研制的30块1.1米六角形超薄MA子镜全部取得成功，面形精度均方根值的平均值为12.45纳米，全部小于衍射极限要求。

    2007年2月4日，首批3块1.1米六角形MB子镜在兴隆观测站安装成功。

    2007年2月28日，LAMOST的地平式机架及焦面机构的机电联调成功，实测技术指标均优于设计指标。

    2007年5月，LAMOST局部口径光学系统(称为“小系统”)较原计划提前31天获得首批天体光谱。6月，通过科学院组织的专家测试和验收。

    2008年6月19日，37块1.1米的六角形子镜拼接成的球面主镜MB安装完成。

    2008年6月21日，24块1.1米的六角形子镜拼接成的施密特改正镜MA安装完成。

    2008年8月底，16台多目标光纤光谱仪安装完成。

    LAMOST于1997年经国家批准立项后，2001年正式开工，2008年建成。历经7年的奋力拼搏，LAMOST在2008年10月的调试中已能一次观测获得3000余条光谱。在国家天文台兴隆观测基地10月16日隆重举行的落成典礼上，来自世界各国的著名天文学家和技术专家惊叹于LAMOST这一宏大并且具有世界前沿水平的科学工程研制成功。

    LAMOST的成功研制，使南京天文光学技术研究所的传统优势技术得以进一步巩固和创造性发展，并逐步开拓了世界前沿的高新技术领域。LAMOST项目的研制一如20年前的2.16米望远镜，培养了一批德才兼备、具有科技创新实力、积极致力于国际合作的中青年科研人员，他们已经成为中国天文仪器事业的中坚力量。

    LAMOST的研制成功，也为南京天文光学技术研究所带来了新的发展机遇。许多国家的科学家纷纷表示希望开展相关技术合作，南京天文光学技术研究所国际合作的道路越走越宽。

    雄心勃勃迈向新的辉煌

    在LAMOST顺利完成的同时，南京天光所的其他科研领域也在蓬勃发展。

    2003年12月，南京天光所的高精度大口径天文镜面磨制技术研究成功，于2005年获国家科技进步奖二等奖。该项目包含的两个部分(超薄镜面磨制技术和主动抛光盘磨制技术)均达到国际先进水平，使我国的大口径、高精度、大非球面度和超薄光学镜面的磨制技术跃上了一个新台阶。项目成果具有广泛的应用前景，可以高效、大量、低成本地磨制1至8米直径整块镜面的地面光学/红外望远镜、10至100米口径拼接镜面的大型和巨型地面光学/红外望远镜、大口径空间光学/红外望远镜以及其他用途的仪器和装置中所需的高精度大口径光学镜面。

    2004年5月，南京天光所为日本京都大学Hida天文台的SMART望远镜成功研制了口径为50毫米的双折射滤光器，这是目前世界上最大口径的双折射滤光器。

    2005年1月，首次用国产碳化硅材料成功磨制了我国首例具有国内自主知识产权的口径为520毫米的高精度大口径碳化硅非球面镜系统，为国产大口径碳化硅镜光学系统的工程应用奠定了基础。

    2005年，王力帆与崔向群共同发起南极内陆高原冰穹A(Dome A)天文观测和天文望远镜研制的建议，并于6月，在LAMOST工程指挥部支持下成功地在北京举办了“南极DOME C/A大视场望远镜”国际讨论会，开始了我国Dome A的天文观测和望远镜研制探讨及其国际合作。2006年12月，南京天光所参与发起的中国南极天文中心在紫金山天文台正式成立。

    2005年10月底，全日面太阳光学和磁场监测望远镜在南京天光所研制成功，安装在国家天文台怀柔观测站，为我国在太阳物理研究和空间环境预报等方面提供了强有力的观测工具。

    2008年1月，国家自然科学基金面上项目天文光学镜面的离子束抛光技术研究和光学非球面复制技术的研究通过验收。

    50年来，中国科学院南京天文仪器厂、南京天文仪器研制中心、南京天文光学技术研究所共获得国家奖18项，中国科学院奖34项，其他省部级奖15项。

    历经50年的发展，中国科学院南京天文光学技术研究所已成为我国天文光学高新技术的研究和发展基地、国家大型天文设备的研制基地以及天文技术高级人才的培养基地。南京天光所现有各类人员200余人，其中包括2名院士、24名研究员，以及其他专业技术研究人员、管理与技术支撑人员，50余名硕士、博士研究生等。下设望远镜新技术研究室、太阳仪器研究室、天文光谱和高分辨成像技术研究室、镜面技术实验室和大口径光学技术研究室5个科研部门。装备有中国首套薄镜面主动光学实验系统和拼接镜面主动光学实验系统的主动光学实验室，以及大口径拼接镜面技术、天文光学镜面技术、多目标光纤光谱仪、太阳系外行星探测技术、太阳光谱、望远镜机电等十几个先进的实验室。配备了3.7米环抛机、2.5米数控磨镜机、WYKO 干涉仪、4D动态干涉仪、2.4米磁控溅射镀膜机、大口径平面检测平台等大型科研仪器设备。

    经过50年的继承、发展与创新，目前，南京天光所在新概念望远镜的方案研究，薄镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术，恒星光干涉、星冕仪等高分辨成像技术，高精度大口径非球面光学镜面技术(主动抛光技术、超薄镜面磨制技术、非圆形镜面磨制技术、镜面复制法、离子束抛光……)，巨型精密机械，大口径高精度镜面支撑技术，高精度低速跟踪自动控制技术，双折射滤光器，光谱仪等天文终端仪器相关技术方面在国际国内具有显著的优势地位，某些方面甚至已经处于国际前沿。

    展望未来，南京天光所有着雄心勃勃的发展计划，各项天文高新技术的研究和预研究工作已在紧张而有序进行。4台口径14.5厘米的光学望远镜CSTAR已成功安装于南极内陆最高点冰穹A并开始获得观测数据；3台南极50/70厘米大视场光学望远镜正在研制中；4~10米南极光学/红外望远镜，30~100米大口径主动光学亚毫米波、毫米波望远镜，30~100米大口径极大光学/红外望远镜(CFGT)等大型项目正在预研中；太阳系外行星直接成像技术已取得初步进展……

    南京天光所将继续高扬前进的风帆，按照中国科学院知识创新工程的战略部署,瞄准国际科技前沿和国家战略需求，进一步凝练创新目标,优化学科布局,发挥学科优势,驶向建设国内一流、国际上有重要影响的研究所的光辉灿烂的胜利彼岸

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以上内容摘自西祠。

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