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三問“中國天眼”:探索宇宙奧秘方面有何作用?

2016年09月26日 08:58 來源:解放軍報 參與互動 

  被譽為“中國天眼”的射電望遠鏡在設計建造上有何創新?在傾聽宇宙深處聲音、探索宇宙奧秘方面將發揮什么作用?請看中國電子科技集團(望遠鏡核心部件研制建造方)的專家為你解讀。

  一問:射電望遠鏡是不是口徑越大越好?

  “500米口徑球面射電望遠鏡,可不是肉眼觀測的普通望遠鏡,是世界最頂尖級的太空望遠鏡。”中國電科研究員級高級工程師王楓介紹,面板和饋源是決定FAST探測威力和探測精度的核心要素。

  射電望遠鏡,跟接收衛星信號的天線鍋類似,通過鍋的反射聚焦,把幾平方米到幾千平方米的信號聚攏到一點上。“用過‘鍋蓋天線’的人知道,鍋蓋口徑越大,電視畫面也越清晰。對于射電望遠鏡來說,口徑越大看得越遠。全世界的射電天文學家都追求建造更大口徑的‘鍋蓋’,以提高射電望遠鏡靈敏度。” 王楓說,簡而言之,就是“鍋”越大,“閱讀”到宇宙深處的信息就越多。

  其實,建造500米口徑球面射電望遠鏡在國際上沒有先例,很多技術需要依靠自主創新。比如,望遠鏡饋源支撐的光機電一體化創新設計,將饋源支撐結構系統自重降至30噸,既降低了造價,又提高了穩定性。中國電科面板單元技術負責人鄭元鵬告訴記者,4450個反射面每一個都可以進行對焦,靈敏度可達美國阿雷西博射電望遠鏡的2倍,巡天速度是它的10倍。與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠鏡相比,靈敏度提高約10倍。FAST將成為世界最大單口徑射電天文望遠鏡。

  二問:射電望遠鏡在設計建造上有何創新?

  FAST有多大?反射面總面積25萬平方米,相當于30個標準足球場那么大;FAST有多重?僅圈梁、索網和6座支撐饋源艙的高塔就用掉10000多噸鋼材,反射面面板用掉2000多噸鋁合金;FAST有多巧?2000多個液壓促動器通過伸縮,實現反射面精確變位。

  “FAST的設計目標,是能夠把近30個足球場這么大的接收面積里收集的信號,聚集在藥片大小的空間里。”鄭元鵬說,不如此,就無法監聽到宇宙中微弱的射電信號,“藥片”就是饋源,因此500米口徑的結構要實現毫米級精度。

  FAST的設計建造,體現了中國人領先于世界的工程及設計能力。FAST的索網結構可以隨著天體的移動自動變化,帶動索網上活動的4450個反射面面板產生變化,足以觀測到任意方向的天體,同時,饋源艙也隨索網一同運動,采集反饋信息。

  柔性鉚接工裝也是創新的典型代表。鄭元鵬說,面板子單元每天的生產涉及鉚接工裝為140種,如果按照原始數據進行工裝設計,一方面增加了成本,另一方面會降低生產效率。生產中我們根據最大包容原則設計了通用工裝,經過柔性調整可適用于所有類型的面板鉚接。

  三問:在探索宇宙奧秘方面將發揮什么作用?

  “如果把FAST看作一個‘天眼’,那饋源艙就相當于這個‘眼睛’的‘瞳孔’,它起到聚焦的作用,讓我們能看得更清楚。”中國電科饋源艙單元技術負責人李建軍介紹, FAST絕不是金屬堆砌的“傻大粗”,它是最精密的天文儀器。由于采用光機電一體化的饋源平臺,加之饋源艙內的并聯機器人二次調整,它在饋源與反射面之間無剛性連接的情況下,可實現毫米級指向跟蹤,確保精確地聚集和監聽宇宙中微弱的射電信號。

  半個多世紀以來,全世界所有射電望遠鏡收集的能量尚翻不動一頁紙,而FAST的加盟將大大加快這一速度。而收集的能量,意味著解讀宇宙深處奧秘的信息量。

  中國電科總經理樊友山說,FAST研究涉及眾多高科技領域,如天線制造、高精度定位與測量、高品質無線電接收機、傳感器網絡及智能信息處理等。未來,FAST關鍵技術成果還可應用于諸多相關領域,如大尺度結構工程、公里范圍高精度動態測量、大型工業機器人研制以及多波束雷達裝置等。(張天南)

【編輯:高辰】

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