被譽(yù)為“中國天眼”的射電望遠(yuǎn)鏡在設(shè)計(jì)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(qǐng)看中國電子科技集團(tuán)(望遠(yuǎn)鏡核心部件研制建造方)的專家為你解讀。
一問：射電望遠(yuǎn)鏡是不是口徑越大越好？
“500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，可不是肉眼觀測(cè)的普通望遠(yuǎn)鏡，是世界最頂尖級(jí)的太空望遠(yuǎn)鏡。”中國電科研究員級(jí)高級(jí)工程師王楓介紹，面板和饋源是決定FAST探測(cè)威力和探測(cè)精度的核心要素。
射電望遠(yuǎn)鏡，跟接收衛(wèi)星信號(hào)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(hào)聚攏到一點(diǎn)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(duì)于射電望遠(yuǎn)鏡來說，口徑越大看得越遠(yuǎn)。全世界的射電天文學(xué)家都追求建造更大口徑的‘鍋蓋’，以提高射電望遠(yuǎn)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(shí)，建造500米口徑球面射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡饋源支撐的光機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將饋源支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)自重降至30噸，既降低了造價(jià)，又提高了穩(wěn)定性。中國電科面板單元技術(shù)負(fù)責(zé)人鄭元鵬告訴記者，4450個(gè)反射面每一個(gè)都可以進(jìn)行對(duì)焦，靈敏度可達(dá)美國阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡的2倍，巡天速度是它的10倍。與號(hào)稱“地面最大的機(jī)器”的德國波恩100米望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡。
二問：射電望遠(yuǎn)鏡在設(shè)計(jì)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(dāng)于30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)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(gè)液壓促動(dòng)器通過伸縮，實(shí)現(xiàn)反射面精確變位。
“FAST的設(shè)計(jì)目標(biāo)，是能夠把近30個(gè)足球場(chǎng)這么大的接收面積里收集的信號(hào)，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(hào)，“藥片”就是饋源，因此500米口徑的結(jié)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)精度。
FAST的設(shè)計(jì)建造，體現(xiàn)了中國人領(lǐng)先于世界的工程及設(shè)計(jì)能力。FAST的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以隨著天體的移動(dòng)自動(dòng)變化，帶動(dòng)索網(wǎng)上活動(dòng)的4450個(gè)反射面面板產(chǎn)生變化，足以觀測(cè)到任意方向的天體，同時(shí)，饋源艙也隨索網(wǎng)一同運(yùn)動(dòng)，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(jìn)行工裝設(shè)計(jì)，一方面增加了成本，另一方面會(huì)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(jì)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(gè)‘天眼’，那饋源艙就相當(dāng)于這個(gè)‘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(fù)責(zé)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(jī)電一體化的饋源平臺(tái)，加之饋源艙內(nèi)的并聯(lián)機(jī)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(shí)現(xiàn)毫米級(jí)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(hào)。
半個(gè)多世紀(jì)以來，全世界所有射電望遠(yuǎn)鏡收集的能量尚翻不動(dòng)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(cè)量、高品質(zhì)無線電接收機(jī)、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(yīng)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(dòng)態(tài)測(cè)量、大型工業(yè)機(jī)器人研制以及多波束雷達(dá)裝置等。
