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。
一问:射电望远镜是不是口径越大越好?
“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。
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。
二问:射电望远镜在设计建造上有何创新?
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 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 结构可以随着天体的移动自动变化,带动索 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 一同运动,采集反馈信息。
柔性铆接工装也是创新的典型代表。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。
三问:在探索宇宙奥秘方面将发挥什么作用?
“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 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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