三問「中國天眼」:探索宇宙奧秘方面有何作用?

三問「中國天眼」：探索宇宙奧秘方面有何作用？

2016-09-26 08:58:19來源：解放軍報作者：${中新記者姓名}責任編輯：高辰

2016年09月26日 08:58　來源：解放軍報

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　　被譽為「中國天眼」的射電望遠鏡在設計建造上有何創新？在傾聽宇宙深處聲音、探索宇宙奧秘方面將發揮什麼作用？請看中國電子科技集團（望遠鏡核心部件研製建造方）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。對於射電望遠鏡來說，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，很多技術需要依靠自主創新。比如，望遠鏡饋源支撐的光機電一體化創新設計，將饋源支撐結構系統自重降至30噸，既降低了造價，又提高了穩定性。中國電科面板單元技術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：射電望遠鏡在設計建造上有何創新？

　　FAST有多大？反射面總面積25萬平方米，相當於30個標準足球場那麼大；FAST有多重？僅圈梁、索網和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，實現反射面精確變位。

　　「FAST的設計目標，是能夠把近30個足球場這麼大的接收面積裡收集的信號，聚集在藥片大小的空間裡。」鄭元鵬說，不如此，就無法監聽到宇宙中微弱的射電信號，「藥片」就是饋源，因此500米口徑的結構要實現毫米級精度。

　　FAST的設計建造，體現了中國人領先於世界的工程及設計能力。FAST的索網結構可以隨著天體的移動自動變化，帶動索網上活動的4450個反射面面板產生變化，足以觀測到任意方向的天體，同時，饋源艙也隨索網一同運動，採集反饋信息。

　　柔性鉚接工裝也是創新的典型代表。鄭元鵬說，面板子單元每天的生產涉及鉚接工裝為140種，如果按照原始數據進行工裝設計，一方面增加了成本，另一方面會降低生產效率。生產中我們根據最大包容原則設計了通用工裝，經過柔性調整可適用於所有類型的面板鉚接。

　　三問：在探索宇宙奧秘方面將發揮什麼作用？

　　「如果把FAST看作一個『天眼』，那饋源艙就相當於這個『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。由於採用光機電一體化的饋源平臺，加之饋源艙內的並聯機器人二次調整，它在饋源與反射面之間無剛性連接的情況下，可實現毫米級指向跟蹤，確保精確地聚集和監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。

　　中國電科總經理樊友山說，FAST研究涉及眾多高科技領域，如天線製造、高精度定位與測量、高品質無線電接收機、傳感器網絡及智能信息處理等。未來，FAST關鍵技術成果還可應用於諸多相關領域，如大尺度結構工程、公裡範圍高精度動態測量、大型工業機器人研製以及多波束雷達裝置等。（張天南）