TMTの技術概観
自然科学研究機構 国立天文台
総合研究大学院大学
早野 裕
山下卓也、TMT主鏡チーム、齋藤正雄、TMT-STRチーム、IRISチーム

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内容
はじめに
主鏡 [山下]望遠鏡構造 [齋藤]観測装置
第1期観測装置：IRIS（早野）第1期観測装置：WFOS（尾崎）、MODHIS（小谷）まとめ

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TMT system diagram

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TMTの主鏡セグメント（分割鏡）
492セグメント（+蒸着交換用82枚）
82種類× (6 (+1)枚)

アクチュエーター

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TMTの主鏡セグメント（分割鏡）
セグメント鏡＋支持機構

単体のセグメント鏡
対角長：1.45m、厚さ 45mm
仕上げ面精度：30nm程度

主鏡セル

アクチュエーター

5セグメント鏡の特有の問題点
全体で１枚の鏡である“ふち”問題“ふち”が“ふち”でない“ふち”まで完全に研磨

研磨後、6角形に切断切断による変形 → 修正研磨

6角形に切断後、研磨“ふち”まで正確な研磨：“やとい”

曲率の一致問題
すべてのセグメント鏡の形状が連続的でなければならない。
３次元計測器（非干渉計法）
正確な曲率測定は得意6セグメント鏡加工工程

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セグメント鏡の製造プロセス (1/2)
鏡材製作

量産された鏡材

鏡材の製作⼯程

球面研削

球⾯研削機上の鏡材

⾯取り⼯程

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セグメント鏡の製造プロセス (2/2)
研磨工程

⾮球⾯研削加⼯

⾮球⾯研磨加⼯

2Dプロファイロメーターによる鏡⾯測定

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外形加工
外形加工等
1. 中央のダイヤフラム穴（裏面）2. ６角形に切断
3. センサーポケットの加工（裏面）31• 鏡面に鉛直に：１２ヶ所

4. 位置決め形状（裏面）• ３つの円錐穴と１つの長円スロット

5. マーキング（裏面）6. 各所にエッチング

42• ダイヤフラム穴、センサーポケット、パック接着面10外形加工試作11

支持機構搭載試作支持機構(SSA: Segment Support Assembly)
米国TMT設計・製作
量産はインド担当の予定

搭載には専用の治具を用いる
位置精度・再現性12

支持機構に搭載されたプロトタイプセグメント鏡

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望遠鏡構造14軽量化という挑戦
重量を大きさの3乗とすると、TMTは550 x (30/8.2)3 ~ 27000トン

2600トン
550トン

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望遠鏡構造の主要技術仕様

環境条件
観測条件
生存条件（地震など）

システム要件重量
電力

指向追尾精度
指向精度
追尾精度

振動要求

インタフェース（CS: control sys）
ENC (Enclosure), SUM (Summit),
NFIRAOS (AO), LGSF (Laser guidestar facility, CRYO (Cryo coolingsystem), IRIS, WFOS
M1 Optics, M2, M3, CLN(Cleaning), TINS (Testinstrument), TCS (Telescope CS),
M1CS, APS (Alignment andPhasing system), OSS(Observatory safety system),
ESEN (engineering sensors)16

望遠鏡構造の要求仕様（生存条件）
1000年に一度の地震が来ても復旧できる。
免震機構の試作（ある閾値で動作する）

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望遠鏡構造の要求仕様（追尾精度）
空間分解能はすばる望遠鏡の約4倍よいため、要求される追尾精度も約4倍よくする必要がある。
駆動機構にダイレクトドライブシステムを採用（リニアモーターカー方式）
試作をして、コギングトルクの評価。

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その他の装置とのインターフェース
レーザー送信望遠鏡

副鏡
スパイダー
主鏡CO2 洗浄装置
第三鏡

NFIRAOS(補償光学装置)

主鏡

高度軸ジャーナル
位置位相調整システム
(APS)

WFOS
(観測装置)

ナスミス台

高度軸ベアリング
作業用リフト
主鏡セグメント交換装置

ナスミス台

方位軸レール
方位軸ベアリング

ピア
方位軸ケーブル巻取装置

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第1期観測装置
補償光学装置（NFIRAOS）

光ファイバー

IRIS

WFOS(近⾚外撮像分光装置)(可視広視野多天体分光装置)

⽇本(国⽴天⽂台)、UC・カルテク、カナダ(NRC)が分担して開発・製作
詳細設計中、⽇本は撮像部を担当するほか、全体のシステムエンジニアリングも担当している。

UCが中⼼となって概念設計を実施中
国⽴天⽂台は設計および要素技術開発に⼈的貢献を⾏っている。

MODHIS(多天体回折限界近⾚外⾼分散分光装置)
カルテク・UCが中⼼となって概念設計と実施中
国⽴天⽂台は⼈的貢献による設計・検20討に参加している。

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IRISの基本仕様
Requirement #Description[REQ-1-OAD-3070] Wavelength Range[REQ-1-OAD-3072] Image quality[REQ-1-OAD-3074] FoV, IFU[REQ-1-OAD-3076] FoV, Imaging
Detector[REQ-1-OAD-3078]
Sampling, Imaging
Spatial[REQ-1-OAD-3080]
Sampling, IFU[REQ-1-OAD-3084] Spectral Bandpass[REQ-1-OAD-3086] Spectral Resolution[REQ-1-OAD-3088] Throughput[REQ-1-OAD-3089] Throughput[REQ-1-OAD-3090]

Instrument
background[REQ-1-ORD-3092]

Instrument
Background

Requirement

0.84 – 2.4 µm
Aberrations uncorrectable by an order 60x60 AO system should not
add wavefront errors larger than 40 nm RMS in imaging and fine IFU
modes
Up to 3 arcsec for integral field mode, in one spatial direction>30x30 arcsec for imaging mode
0.004 arcsec per pixel (Nyquist sampled (l/2D)) over 4096 pixels forIFU)
Plate scale adjustable 0.004, 0.009, 0.025, 0.050 arcsec/spaxel forIFU
Broad infrared bands in single exposure, but smaller wavelength
coverage (Dl/l ≤ 0.05) is acceptable for area coverage equivalent to100*100 spatial pixels.
R=4000 over Y,J,H,K bands, one band at a time
R=5-100 for imaging mode
>30% for IFS, Not including telescope or NFIRAOS>40% for imager, not including telescope or NFIRAOS
The instrument should not increase the (inter-OH) background by
more than 5% (TBC) over the sum of: inter-OH sky, telescope andNFIRAOS background.
In imaging mode the instrument should not increase the K-bandbackground by more than 15% over natural sky.
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IRIS modes
Capability
mode

Spatialsampling

Imager

(mas)
4 mas

Field of View Resolution(arcsec)(l/dl)

Min/Max
Bandpass3
wavelength(mm)

34 x 34

0.84-2.4

Set by filter

BB1 and NB2

Slicer IFS
88x45
Spaxels
Slicer IFS
88x45
Spaxels
Lenslet IFS
112x128
Spaxels
Lenslet IFS
16x128Spaxels

60 filters

50 mas4.4 x 2.25

4,000, 8,000

0.84-2.4

20%,5%

25 mas2.2 x 1.125

4,000, 8,000

0.84-2.4

20%,5%

50 mas4.4 x 2.25

4,000, 8,0000.84-2.420%,5%, H+K

25 mas2.2 x 1.125

4,000, 8,0000.84-2.420%,5%, H+K

9 mas

1.01 x 1.15

4,0000.84-2.45%

4 mas

0.45 x 0.51

4,0000.84-2.45%

9 mas

0.144 x 1.15

4,000, 8,0000.84-2.420%, H+K

4 mas

0.064 x 0.51

0.84-2.420%, H+K

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NFIRAOSに取り付けられたIRISNFIRAOS

IRIS
OIWFS
IRIS
supportstructure

IRIS
sciencecryostat
IRIS cablewrap
23技術的なチャレンジ
非常に小さい波面誤差（40nm rms）を達成する光学系
午後の発表

30マイクロ秒の相対アストロメトリ
これまでに達成されたことのない精度
10マイクロ秒 = 1/400ピクセル = 38nmの精度で天体の位置を決定
天体、大気、望遠鏡、AO、装置をキャリブレーション、補正

非常に安定したシステム
高精度のアストロメトリを達成するために、5-10年間は装置を開けない高い機械的精度を長期間に渡って保持
真空・冷却下の駆動系の長期耐久性が求められる。

24

ベアリング耐久試験

実験系の概略図と写真

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ベアリング耐久試験結果

平均トルク. （磁性流体シールト
ルクと熱パスの屈曲復原力によるトルクを含む）

磁性流体シールトルク

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ウォームギアドライブの耐久試験
ダイクロナイトギアは12000サイクルの駆動に耐えたが激しく摩耗をした。
超高分子量ポリエチレンのギアに変更した。
(UHMW-PE) Fly wheel

Spring supported
worm gear

worm gear (UHMW-PE)
damaged worm gear27

その他の主要要素技術
コーティング（高反射、AR）
冷却・排熱、熱構造解析
振動・固有振動数解析
遮光、ゴースト・迷光対策
電磁ノイズ対策28

まとめ
TMTセグメント鏡の加工工程、外形加工、支持機構試作。
望遠鏡構造のチャレンジングな要求仕様と試作による試験、複雑なインターフェース。
近赤外撮像分光装置IRISの要求仕様と技術課題。
関連する主要な要素技術。

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