一、研究目的与意义

天文学的发展，高度依赖于观测技术和仪器设备的进步。从古老的光学望远镜到现代的射电望远镜阵列，每一次天文学的重大突破，几乎都伴随着天文仪器的革命性创新。当前，我国正致力于建设世界领先的天文观测设施（如FAST、LAMOST等），这对精密机械、自动化控制、智能结构与先进制造技术提出了前所未有的需求。

本项目旨在打破学科壁垒，以中国科学院国家天文台的大学生科创项目为高端平台，以东南大学成贤学院大学生在天文知识科普、天文爱好者协会与天文科创项目中已取得的成果为基础，推动机械工程学科与天文学的深度交叉融合。其意义在于：

1、开辟人才培养新路径：为机械类专业学生开辟“天文技术”这一前沿交叉学科方向，培养既精通机械设计制造，又懂天文观测需求的复合型工程技术人才，服务于国家重大科学工程。

2、促进产学研用深度融合：将高等院校的机械设计与制造能力，与国家天文台的前沿科学需求相对接，实现“科学问题驱动技术研发，技术创新支撑科学发现”的良性循环。

3、传承与升级校园科创成果：将我校在天文科普与爱好者协会中积累的热情与认知，系统性地升级为面向真实科研问题的技术创新能力，实现从“爱好者”到“准工程师”的转变。

二、研究目标与内容

（一）研究目标

本项目的总体目标是：构建一个“科学需求引领-机械技术支撑-创新实践驱动”的科创体系，使机械类专业学生能够参与国家天文台的科研项目，在了解并尝试解决天文仪器与设备技术问题的过程中，锻炼并提升其跨学科创新与实践能力。

具体目标包括：

1、需求对接与认知建立：通过调研与交流，了解国家天文台在望远镜结构、自动化控制、终端仪器等方面的需求，建立对天文技术与机械学科交叉领域的初步认知。

2、技术探索与实践：选取1-2个适合入门的应用方向（如小型观测设备的结构优化、简易自动化控制系统设计、便携式光谱仪辅助装调平台等），完成机械系统的方案设计、仿真分析与简易模型/原型机的制作。

3、能力建构与方法总结：探索并总结一套引导机械类学生进入天文技术领域的入门方法与培养路径。

4、成果培育与项目孵化：形成可用于展示的设计方案、功能模型或研究报告，培育专利或学术论文的初步构想，并充实我校天文科创的项目储备。

（二）主要研究内容

1、天文科学需求与机械技术接口研究

调研国家天文台及相关观测站（如南京紫金山天文台、盱眙铁山寺观测站）的典型设备，了解其基本工作原理及对机械系统的普遍性要求。

探寻与机械领域关联度较高的天文技术方向，如：小型望远镜结构设计与改良、观测舱盖启闭的简易自动化、光学仪器的简易调整与固定机构、教学型观测设备的机械化辅助等。

2、面向天文应用的机械系统设计与初步实现

结构设计与分析：学习并初步运用三维设计和有限元分析软件，针对天文设备对稳定性的基本要求，进行结构方案的设计与性能的初步验证。

运动与控制入门实践：设计并搭建可实现基本运动功能的传动系统，了解望远镜指向与跟踪的原理；尝试使用常见的控制器实现观测附件的简单自动控制。

仪器辅助装调与集成：针对常用的天文观测设备，设计制作简易的定位、支撑或装调辅助工具，提升设备使用的便利性与稳定性。

校园天文科创成果的初步工程化：将天文爱好者协会在设备使用中遇到的操作不便、调试困难等实际问题，作为机械改进设计的出发点。

将以往的概念创意，通过具体的机械设计、模型制作与功能测试，转化为能够演示核心功能的实物模型。

                                        （机械赋能天文主要研究内容示意图）

三、特色及创新点

鲜明的“机-天”交叉特色：本项目并非简单的学科叠加，而是以国家天文台的实质性科研需求为“锚点”，深度重构机械类专业学生的知识应用场景，培养能够解决天文领域特殊工程问题的“特种机械工程师”。

“从科普到科研”的递进式创新路径：项目独特地基于我校已有的天文科普与爱好者基础，构建了一条“兴趣引导（爱好者协会）→ 知识积累（科普）→ 概念创新（初级科创）→ 技术实现（本项目）”的完整育人链条，使创新训练更具根基和连续性。

“真问题、真科研、真工具”的实战化训练：学生面对的是国家天文台提出的真实、待解决的技术问题；使用的是行业通用的CAD/CAE/CAM软件和精密制造设备；遵循的是从方案设计、仿真分析、加工制造到测试验证的完整工程流程，实现与国家级科研平台的“无缝对接”。

“以小见大”的创新培养模式：引导学生从小型化、模块化、低成本的角度，为大型科学装置的前期预研、辅助设备或教育型仪器提供解决方案。这不仅降低了参与门槛，更培养了学生在强约束条件下进行创新的能力。

四、羊栋老师：中科院国家天文台科创项目的培育之路

羊栋老师现任机械与电气工程学院副书记，曾先后担任电子与计算机工程学院学工办主任、副书记，具备全面的学生管理及跨学科育人经验，为开展天文技术复合型人才培养奠定了扎实基础。

他长期致力于推动天文与电子、计算机等学科的交叉融合，积极探索创新教育模式，拓展学生的学术视野与实践能力。在其指导与推动下，累计获批中国科学院国家天文台大学生科创项目15项，展现了扎实的专业素养与创新能力。同时，羊栋老师积极搭建高水平学术平台，已成功向中国科学院大学“天文技术”专业输送4名硕士研究生，其中1人正在攻读博士学位，体现出其在高端人才培养方面的突出贡献。

（学校累计获批中科院国家天文台大学生科创项目15项）

为保障项目顺利推进，羊栋老师定期组织研讨，引导学生克服困难，鼓励其自学天体物理知识，锤炼踏实肯干、不畏挑战的科研精神。学生无一中途放弃，其坚韧表现受到项目导师高度评价，国家天文台教育处也对此予以认可。

此外，他积极拓展校外资源，与南京大学天文与空间科学学院、江苏省天文学会等单位共建志愿服务基地，丰富学生实践与交流平台。2024年，发起成立学校天文爱好者协会，吸引80余名学生加入，并组织开展观测、讲座及参观紫金山天文台等活动，营造了浓厚的天文探索氛围。

羊栋老师在天文交叉学科人才培养方面取得的成果获多家媒体报道，不仅提升了学校影响力，也为推动我国天文事业发展作出了积极贡献。

（学校天文台科创项目获多家媒体报道）

五、学生可获得的训练

通过参与本项目，学生将在以下方面获得系统性、高水平的训练：

跨学科知识整合能力：组织项目组学生参加学校天文爱好者协会，对接南京市天文爱好者协会、江苏省天文学会资源，学习天文学基础知识，理解天文观测对机械系统的核心要求，学会将机械专业知识应用于一个全新的尖端科学领域。

高端仪器机械结构设计能力：研究机械类学生如何开展天文研究及天文观测高端装备设计制造，了解在精度、稳定性、环境适应性等方面有极端要求的精密机械设计方法论。

工程实践与制造工艺能力：亲历从图纸到实物的全过程，运用CAD/CAE、控制编程以及3D打印机等软硬件工具，开展精密加工、装配、调试及性能测试，提升动手能力与解决实际工程问题的能力。

学术表达与沟通能力：撰写项目报告、申报论文，形成一份机械类学生开展中科院国家天文台大学生科创项目的可行性研究报告。并向中科院国家天文台的专家汇报项目成果，提升学术自信与沟通能力。

申报中国科学院国家天文台大学生科创项目: 将项目过程中积累的经验、形成的初步成果或培养的能力，定位为申报更高层次科研项目（2026年中科院国家天文台的大学生科创计划）的核心基础和准备工作 。

六、预期成果

1、核心目标：组织机械类学生申报2026年中国科学院国家天文台大学生科创项目。

2、形成一份机械类学生开展中科院国家天文台大学生科创项目的可行性研究报告。为申报天文台科创项目提供理论依据、方向指导和说服力，以论证机械专业学生参与天文台项目的必要性和可行性，并明确具体的技术路径。

3、积累机械类学生开展中科院国家天文台大学生科创项目的申报素材。包括关键技术突破、原型系统/软件演示、初步实验/观测数据、团队成员能力提升证明、项目进展报告/论文草稿等。  

这份项目指南旨在为我校机械类专业学生开启一扇通往天文技术这一宏伟而精彩领域的大门，期待能培育出未来国家重大科学工程背后的卓越工程师。

机械、电气类专业，有一定的项目研究基础，对智能制造、数字孪生等领域有较强的学习兴趣，愿意开展相关研究。