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PK10三问“中国天眼”:探索宇宙奥秘方面有何作

  ▲●核心提示:被誉为“中国天眼”的射电望远镜在设计建造上有何创新?在倾听宇宙深处声音、探索宇宙奥秘方面将发挥什么作用?

  被誉为“中国天眼”的射电望远镜在设计建造上有何创新?在倾听宇宙深处声音、探索宇宙奥秘方面将发挥什么作用?请看中国电子科技集团(望远镜核心部件研制建造方)的专家为你解读。

  “500米口径球面射电望远镜,可不是肉眼观测的普通望远镜,是世界最顶尖级的太空望远镜。”中国电科研究员级高级工程师王枫介绍,面板和馈源是决定FAST探测威力和探测精度的核心要素。

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  射电望远镜,跟接收卫星信号的天线锅类似,通过锅的反射聚焦,把几平方米到几千平方米的信号聚拢到一点上。“用过锅盖天线的人知道,锅盖口径越大,电视画面也越清晰。对于射电望远镜来说,口径越大看得越远。全世界的射电天文学家都追求建造更大口径的锅盖,以提高射电望远镜灵敏度。” 王枫说,简而言之,就是“锅”越大,“阅读”到宇宙深处的信息就越多。

  其实,建造500米口径球面射电望远镜在国际上没有先例,很多技术需要依靠自主创新。比如,望远镜馈源支撑的光机电一体化创新设计,将馈源支撑结构系统自重降至30吨,既降低了造价,又提高了稳定性。中国电科面板单元技术负责人郑元鹏告诉记者,4450个反射面每一个都可以进行对焦,灵敏度可达美国阿雷西博射电望远镜的2倍,巡天速度是它的10倍。与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比,灵敏度提高约10倍。FAST将成为世界最大单口径射电天文望远镜。

  FAST有多大?反射面总面积25万平方米,相当于30个标准足球场那么大;FAST有多重?仅圈梁、索网和6座支撑馈源舱的高塔就用掉10000多吨钢材,反射面面板用掉2000多吨铝合金;FAST有多巧?2000多个液压促动器通过伸缩,实现反射面精确变位。

  “FAST的设计目标,是能够把近30个足球场这么大的接收面积里收集的信号,聚集在药片大小的空间里。”郑元鹏说,不如此,就无法监听到宇宙中微弱的射电信号,“药片”就是馈源,因此500米口径的结构要实现毫米级精度。

  FAST的设计建造,体现了中国人领先于世界的工程及设计能力。FAST的索网结构可以随着天体的移动自动变化,带动索网上活动的4450个反射面面板产生变化,足以观测到任意方向的天体,同时,馈源舱也随索网一同运动,采集反馈信息。

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  柔性铆接工装也是创新的典型代表。北京PK10投注郑元鹏说,面板子单元每天的生产涉及铆接工装为140种,如果按照原始数据进行工装设计,一方面增加了成本,另一方面会降低生产效率。生产中我们根据最大包容原则设计了通用工装,经过柔性调整可适用于所有类型的面板铆接。

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  “如果把FAST看作一个天眼,那馈源舱就相当于这个眼睛的瞳孔,它起到聚焦的作用,让我们能看得更清楚。”中国电科馈源舱单元技术负责人李建军介绍, FAST绝不是金属堆砌的“傻大粗”,它是最精密的天文仪器。由于采用光机电一体化的馈源平台,加之馈源舱内的并联机器人二次调整,它在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下,可实现毫米级指向跟踪,确保精确地聚集和监听宇宙中微弱的射电信号。

  半个多世纪以来,全世界所有射电望远镜收集的能量尚翻不动一页纸,而FAST的加盟将大大加快这一速度。而收集的能量,意味着解读宇宙深处奥秘的信息量。

  中国电科总经理樊友山说,FAST研究涉及众多高科技领域,如天线制造、高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理等。未来,FAST关键技术成果还可应用于诸多相关领域,如大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量、大型工业机器人研制以及多波束雷达装置等。

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