光电观测研究室----中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站

一、概况

长春人造卫星观测站光电观测研究室坚持以我站“一二三”战略发展目标为行动指南，以天体测量与天体力学、天文技术与方法和实测天体物理学等学科为基础，全面开展空间目标探测与识别、精密轨道确定、光电探测新方法以及变源天体的多色测光研究。自1957年以来，光电观测研究室出色地完成了国家下达的一系列任务，多次获得国防科工委、中科院国家天文台、中科院人卫系统中心的表彰和奖励。发展至今，研究室已逐步建立起多学科交叉融合的光电观测及应用研究体系。现有固定人员16人，其中高级职称7人，具有博士学位9人。现阶段，开展常规运行的望远镜设备主要有5台（套）：1.2米大视场光电望远镜、40cm光电望远镜、迷你光电阵系统、大视场望远镜阵列以及新型多功能阵列结构型光电探测平台。

二、研究方向及意义

空间目标天文定位及精密轨道确定

空间目标天文定位方法可以实现对空间目标的高精度定位，对空间目标的精密轨道确定具有重要意义。主要利用科学级相机在凝视成像模式下采集系列星图，通过星点提取和星图匹配技术得到相机本体坐标系到天球坐标系的位置转换矩阵，再结合目标在相机面上的坐标位置，获取目标相对恒星的位置信息。空间目标精密轨道确定是通过动力学统计中基于线性估计的方法，利用含有测量误差的观测资料，依据动力学模型建立空间目标状态方程和观测方程，利用动力学理论求解目标的状态参数的最佳估计值过程。建立精确高效的空间目标轨道预报模型，有助于提供准确的碰撞预警信息，保障在轨航天器有效的机动规避。同时，通过对低轨非合作目标的精密轨道来反演大气密度，可以提高地球低轨道区域大气密度模式精度，对实现近地卫星精密轨道确定与预报，保障卫星顺利完成科学任务具有重要的研究意义。

实测天体物理

近年来，变源天体的观测与研究在现代时域天文学的研究中占据越来越重要的地位。通过开展对超新星、伽玛暴以及引力波电磁对应体等天文事件的研究工作，可进一步探究致密天体、引力波辐射、相对论激波、极高能宇宙线的产生过程，也可对基本物理原理进行高精度的检验。依托现有设备及拟建设备开展变源天体的多色测光工作，通过与国内外研究机构合作，共同探索变源天体的爆发以及辐射机制等。

空间目标光谱特性研究

空间目标光谱特性研究是通过高跟踪精度的望远镜和高性能光谱终端获得观测对象的高分辨光谱信息，并应用范式分析、偏最小二乘法等方法对光谱数据进行分析比对；通过传统以及改进密度聚类、主成分分析与高阶回归组合等深度学习算法进行目标光谱的分类、推演的研究过程。光谱观测拓宽传统光电观测的维度，通过对多色入射光的光谱分析推断其理化成分，进而获知其空间结构、运动姿态以及目标功能等。通过对在轨目标的长期监测还可了解空间环境演变，维持航天器正常运行，对空间环境研究有着极为重要的意义。

三、现有设备情况

（1）1.2米大视场空间碎片光电望远镜

该望远镜具有主焦点和卡氏焦点两个工作焦点系统，通过摆镜实现两个系统的切换，同时带有折轴光学系统。主焦点系统具有大视场的特点，主要开展空间目标的精密跟踪、近地小天体监测以及瞬变源天体的观测等；卡氏焦点配备有三通道多色测光光度计，可开展空间目标及瞬变源天体的多色测光研究。此外，该焦点还可搭载光谱仪终端，开展空间目标光谱特性的研究等。

图1 1.2米光电望远镜

1.2米光电望远镜系统主要性能参数
有效口径	≥1200mm
重量	<8500公斤
主焦点系统焦距	短于2000mm
主焦点设计视场	1.5°x1.5°
主焦点能量集中度	80%的能量集中在2″内
主焦点系统效率	≥70%
卡焦点系统焦距	9195mm
卡焦点设计视场	11′x11′
机架	地平式
最高跟踪速度	≥6°/s (双轴）
最高跟踪加速度	≥ 1°/s²（双轴）
水平转动	≥＋/－270°（距中心参考点）
高度转动	0-95°（地平高度）
指向精度	天顶距小于70°时，每轴优于5″RMS

（2）40cm光电望远镜

　　图2 40cm光电望远镜

40cm光电望远镜系统主要技术指标
口径	40cm
焦距	60cm
机架	水平式
指向精度	优于10角秒（RMS）
最大角速度	5°/s
跟踪误差	<3角秒（RMS）
跟踪角最大加速度	4°/s2

（3）迷你光电阵系统

该设备由8台口径为15厘米的光学望远镜组成，探测器终端选用科学级CCD相机，监视天区可以达到1590平方度。在19等背景天光条件下，可观测极限星等为10.9等。主要针对低轨目标开展观测，年观测圈数~30万圈数，观测目标~4400个。

图3 迷你光电阵列望远镜

（4）大视场空间碎片探测系统

该设备由4台15 cm光学口径望远镜组成，探测器终端选用CMOS相机，观测模式采用长短曝光相结合方式，按观测计划对目标空域进行搜索，主要针对中低轨目标开展观测，年观测圈数~35万圈数，观测目标~4000个。

图4 大视场望远镜阵列

大视场望远镜阵列主要性能指标
有效通光口径	150±2mm（直径）
焦距	160mm±3mm
工作波长	500~800nm
测量精度	优于9.0″（RMS）
光学效率	≥70%
监视天区	≥670平方度
计时精度	优于0.1ms
探测能力	19等天光条件下，优于12星等
机架结构	采用T型架结构赤道仪
机架指向精度	优于10″（RMS）
设备使用温度	-30℃至30℃
科学级相机	像素为4096×4096，尺寸为9μm×9μm

（5）新型多功能阵列结构型光电探测平台

该设备由4台28 cm光学口径望远镜组成，探测器终端选用CMOS相机，观测模式采用长短曝光相结合方式，按观测计划对目标空域进行搜索，主要针对地球同步轨道目标开展观测，于2020年末投入使用。

图5新型多功能阵列结构型光电探测平台

新型多功能阵列结构型光电探测平台主要性能指标
有效通光口径	280mm±2mm（直径）
设备使用温度	-30℃至30℃
监视天区	≥170平方度
测量精度	优于9.0″（RMS）
光学效率	≥70%
机架指向精度	优于10″（RMS）
探测能力	≥16.5星等（19等天光观测条件下）
科学级相机	像素4096×4096，尺寸9μm×9μm
机架结构	采用T型架结构赤道仪

四、成果与合作

研究团组成员主持及参与国家自然科学基金、中科院先导专项、吉林省重点科技研发项目、吉林省青年基金项目等30余项，2人入选中科院人才项目“青年创新促进会会员”。近5年，在国内外知名期刊发表学术论文30余篇，获国家发明专利授权5项，软件著作权2项。长期与国内高校与研究院所开展大量合作研究工作。同时，积极与地方政府合作，开展吉林省空间天文地球科普旅游基地与长吉科普走廊的开发建设工作。

五、联系方式

　　联系人：康喆

　　单　位：中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站

　　地　址：吉林省长春市净月潭西山

　　邮编：130117

　　电　话：0431-81102108

　　E-mail：kangz@cho.ac.cn