Binospec 光谱仪的详细热力学分析

天文仪器中的折射光学可能对温度梯度和温度瞬态变具有敏感性。这种敏感性源于温度相关的折射指数、镜筒间距以及镜头尺寸。因此，我们对正在开发用于 converted MMT 的 Binospec 宽场光谱仪进行详细的热力学分析。我们的目标是预测在真实运行条件下 Binospec 光学和结构将出现的温度梯度，并确定设计选择如何影响这些梯度。我们首先通过推导仪器子组件的热时间常数来开始分析。随后我们生成整个仪器的低分辨率有限差分模型以及敏感子组件的高分辨率模型。这种热力学分析方法适用于各种其他仪器。我们使用对 converted MMT 穹顶环境温度的测量来模拟 Binospec 的热环境。在中等条件下，我们发现 Binospec 镜头组合出现 0.14°C 的轴向和径向温度梯度，不同质量的镜头组合出现 0.5°C 的温度差异；在极端条件下，这些数值翻倍。内部热源并不显著影响这些结果；环境热流占主导。仪器必须定期打开以插入新的光口罩，但我们发现导致 Binospec 光学结构产生温度梯度和热应力的温度梯度很小。由 Binospec 光学台结构热变形引起的检测器上的图像位移约为 0.1 像素/小时。我们得出结论，提议的 Binospec 设计具有可接受的热力学特性，简要讨论进一步减少温度梯度的设计变更。