被譽(yù)為“中國天眼”的射電望遠鏡在設計建造上有何創(chuàng )新?在傾聽(tīng)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(zhuān)家為你解讀。
一問(wèn)：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(guān)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(xiàn)鍋類(lèi)似，通過(guò)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(diǎn)上。“用過(guò)‘鍋蓋天線(xiàn)’的人知道，鍋蓋口徑越大，電視畫(huà)面也越清晰。對于射電望遠鏡來(lái)說(shuō)，口徑越大看得越遠。全世界的射電天文學(xué)家都追求建造更大口徑的‘鍋蓋’，以提高射電望遠鏡靈敏度。” 王楓說(shuō)，簡(jiǎn)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鏡在國際上沒(méi)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 )新設計，將饋源支撐結構系統自重降至30噸，既降低了造價(jià)，又提高了穩定性。中國電科面板單元技術(shù)負責人鄭元鵬告訴記者，4450個(gè)反射面每一個(gè)都可以進(jìn)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(chēng)“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(wèn)：射電望遠鏡在設計建造上有何創(chuàng )新？
FAST有多大?反射面總面積25萬(wàn)平方米，相當于30個(gè)標準足球場(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(guò)伸縮，實(shí)現反射面精確變位。
“FAST的設計目標，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，聚集在藥片大小的空間里。”鄭元鵬說(shuō)，不如此，就無(wú)法監聽(tīng)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(shí)現毫米級精度。
FAST的設計建造，體現了中國人領(lǐng)先于世界的工程及設計能力。FAST的索網(wǎng)結構可以隨著(zhù)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(guān)測到任意方向的天體，同時(shí)，饋源艙也隨索網(wǎng)一同運動(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(shuō)，面板子單元每天的生產(chǎn)涉及鉚接工裝為140種，如果按照原始數據進(jìn)行工裝設計，一方面增加了成本，另一方面會(huì )降低生產(chǎn)效率。生產(chǎn)中我們根據最大包容原則設計了通用工裝，經(jīng)過(guò)柔性調整可適用于所有類(lèi)型的面板鉚接。
三問(wèn)：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(lián)機器人二次調整，它在饋源與反射面之間無(wú)剛性連接的情況下，可實(shí)現毫米級指向跟蹤，確保精確地聚集和監聽(tīng)宇宙中微弱的射電信號。
半個(gè)多世紀以來(lái)，全世界所有射電望遠鏡收集的能量尚翻不動(dòng)一頁(yè)紙，而FAST的加盟將大大加快這一速度。而收集的能量，意味著(zhù)解讀宇宙深處奧秘的信息量。
中國電科總經(jīng)理樊友山說(shuō)，FAST研究涉及眾多高科技領(lǐng)域，如天線(xiàn)制造、高精度定位與測量、高品質(zhì)無(wú)線(xiàn)電接收機、傳感器網(wǎng)絡(luò )及智能信息處理等。未來(lái)，FAST關(guān)鍵技術(shù)成果還可應用于諸多相關(guān)領(lǐng)域，如大尺度結構工程、公里范圍高精度動(dòng)態(tài)測量、大型工業(yè)機器人研制以及多波束雷達裝置等。
