詹姆斯韦伯JWST之后,国外还有一系列大口径的望远镜已经在规划中,将HST、JWST和未来发射的部分空间望远镜参数汇总在一起,如下表所示:

Space telescopes | Launch year | Diameter(m) | Field of view | Wavelength | F-number | Hubble Space Telescope(HST) | 1990 | 2.4 | 2.2×2.2 arcmin @Advanced Camera for Surveys(ACS) | 0.3-1.1μm @ACS | 11 | 2.0×2.3 arcmin @Infrared Wide Field Camera 3(WFC3/IR) | 1.1-1.6μm @WFC3/IR | 26 | James Webb Space Telescope(JWST) | 2021 | 6.5 | 74× 113 arcsec @Mid-Infrared Instrument | 4.9-28.8μm @MIRI | 20 @Main Telescope | 2.2× 2.2 arcmin @Near Infrared Camera | 0.6 to 5.0 μm @NIRCam | 2.2x 2.2 arcmin @Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph | 0.6-5.0 μm @NIRISS | 3.4 × 3.6 arcmin @Near Infrared Spectrograph | 0.6–5.3 μm @NIRSpec | Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor(LUVOIR) | 2030 | 15 | 15×8 arcmin | 0.2-1um@ HDI UV/VIS Imaging | 20 @Main Telescope | 1-2.5um@HDI NIR Imaging | EUCLID | 2022 | 1.2 | 0.5×0.5 degree | 550-900nm @VIS | - | 920-1850nm @NISP | Roman Space Telescope(formerly WFIRST) | 2025 | 2.36 | 0.281×0.281 degree | 1-1.93um @Wide Field Instrument(WFI) | 7.8 @Main Telescope | 575nm、660nm、730nm、825nm @CoronaGraph Instrument(CGI) |
1. LUVOIR-A https://asd.gsfc.nasa.gov/luvoir/design/ https://asd.gsfc.nasa.gov/luvoir/resources/docs/LUVOIR_FinalReport_2019-08-26.pdf LUVOIR实际上有两种架构,A为类似JWST的同轴三反,口径15米,B为离轴三反,口径8米。这里主要先看A。

LUVOIR-A折叠形式(比JWST多了一次(对称)打开过程) 
LUVOIR OTE optical design 是不是发现和昨天发的JWST设计是一致的,没有错,LUVOIR就是放大版本的JWST,波段同时往UV拓展。
这里有一个小细节,关于温控的,因为JWST是工作在红外,因此需要40K的低温光学来降低背景提高探测灵敏度,而LUVOIR由于需要兼顾UV波段,从JWST的验证得到的温度需要控制在260K,非常有意思,否则会引起UV的透过率问题)
2. EUCLID

EUCLID艺术渲染图 
EUCLID的光路概念图
3. Roman Space Telescope

Roman Space Telescope艺术渲染图
The CGI optical path in the Roman Observatory

CGI optical layout
一、背景 不难从上述表格数据中发现,大多数大口径的望远镜,都具有较小的视场。在天文领域,分级的视场较为普遍,能达到1°及1°以上的都已经可以叫大视场了。实际上这是从需求(望远镜追求更高的角分辨率,需要更大的口径)出发的,此时若视场依然很大,光学的拉赫不变量就非常大,光学设计变得异常困难。
二、如何突破(更)大视场(同时)(更)大口径设计难题? 有一种简单的方法就是增加光学镜片(自由度)来分担光焦度和提升像差优化能力。首先想到最简单的还是同轴反射系统,从原来的同轴三反增加至同轴四反。 最简单的反射式望远镜起源是从2反开始递增,假定相同波长,可简单理解成只要D×FOV(1-D下)突破到某个值,就需要从2反切换至3反,再继续突破至某个值就需从3反切换至4反,...。注意,实际情况不同像差形式,如球差、彗差、像散等与口径、视场并非成线性关系,详细可查看像差理论公式。
三、同轴四反设计初步结果 同轴四反,国外有部分设计借鉴,参考后,设计实现以下目标:

20m口径-1°-同轴四反Optical Layout图

500nm下的点列图(全视场控制在CCD 12um pixel size)
尝试进一步压缩波段到紫外: 0.2-5 µm 
200nm下的点列图(只有中心视场和边缘视场控制在1um pixel size)
参考文献 “Mission Overview—Roman Space Telescope/NASA,” https://roman.gsfc.nasa.gov. Q. Gong et al., “Wide-Field InfraRed Survey Telescope (WFIRST) slitless spectrometer:design, prototype, and results,” Proc. SPIE 9904, 990412 (2016). Q. Gong et al., “Wide field slitless spectrometer design for WFIRST,” Proc. SPIE to be published (2020). Content D et al. 2013 Wide-Field InfraRed Survey Telescope (WFIRST) 2.4-meter missionstudy. In UV/optical/IR space telescopes and instruments: innovative technologies and concepts VI(eds HA MacEwen, JB Breckinridge). Bellingham, WA: SPIE
The LUVOIR Team. The LUVOIR Mission Concept Study Interim Report, p. 5. (https://arxiv.org/abs/1809.09668) ... ... ...
太多了,懒得列了。
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