被譽為“中國天眼”的射電望遠鏡在設(shè)計建造上有何創(chuàng)新?在傾聽宇宙深處聲音、探索宇宙奧秘方面將發(fā)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(wèi)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(shù)需要依靠自主創(chuàng)新。比如，望遠鏡饋源支撐的光機電一體化創(chuàng)新設(shè)計，將饋源支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)自重降至30噸，既降低了造價，又提高了穩(wěn)定性。中國電科面板單元技術(shù)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(shè)計建造上有何創(chuàng)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(wǎng)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(xiàn)反射面精確變位。
“FAST的設(shè)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(jiān)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(jié)構(gòu)要實現(xiàn)毫米級精度。
FAST的設(shè)計建造，體現(xiàn)了中國人領(lǐng)先于世界的工程及設(shè)計能力。FAST的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以隨著天體的移動自動變化，帶動索網(wǎng)上活動的4450個反射面面板產(chǎn)生變化，足以觀測到任意方向的天體，同時，饋源艙也隨索網(wǎng)一同運動，采集反饋信息。
柔性鉚接工裝也是創(chuàng)新的典型代表。鄭元鵬說，面板子單元每天的生產(chǎn)涉及鉚接工裝為140種，如果按照原始數(shù)據(jù)進行工裝設(shè)計，一方面增加了成本，另一方面會降低生產(chǎn)效率。生產(chǎn)中我們根據(jù)最大包容原則設(shè)計了通用工裝，經(jīng)過柔性調(diào)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(fā)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(shù)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(nèi)的并聯(lián)機器人二次調(diào)整，它在饋源與反射面之間無剛性連接的情況下，可實現(xiàn)毫米級指向跟蹤，確保精確地聚集和監(jiān)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(jīng)理樊友山說，F(xiàn)AST研究涉及眾多高科技領(lǐng)域，如天線制造、高精度定位與測量、高品質(zhì)無線電接收機、傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理等。未來，F(xiàn)AST關(guān)鍵技術(shù)成果還可應用于諸多相關(guān)領(lǐng)域，如大尺度結(jié)構(gòu)工程、公里范圍高精度動態(tài)測量、大型工業(yè)機器人研制以及多波束雷達裝置等。
