第五十四所为全球最大天眼“点睛”

2016-07-05 11:00:51 来源:河北新闻网 责任编辑:李莎
位于石家庄的中国电子科技集团公司第五十四所(以下称54所)参与了FAST反射面面板、馈源舱、馈源舱停靠平台及代舱的设计、制造、安装。7月4日,反射面总设计师54所郑元鹏向记者讲述了FAST的研发安装以及功能特征。

第五十四所为全球最大天眼“点睛”

    54所安装人员在FAST安装现场。

第五十四所为全球最大天眼“点睛”

    发射面总设计师郑元鹏接受记者采访。

第五十四所为全球最大天眼“点睛”

    世界最大的单口径望远镜。

    燕赵都市报记者蔡洪坡 通讯员田广兴 文/图

    7月3日,在贵州省黔南布依族自治州平塘县克度镇金科村“大窝凼”喀斯特洼地,隆重举行了FAST反射面单元完工暨FAST主体工程完成仪式。这标志着,世界最大单口径球面射电望远镜主体工程顺利竣工。

    作为世界最大的单口径望远镜,FAST将在未来20至30年保持世界一流设备的地位。而位于石家庄的中国电子科技集团公司第五十四所(以下称54所)参与了FAST反射面面板、馈源舱、馈源舱停靠平台及代舱的设计、制造、安装。7月4日,反射面总设计师54所郑元鹏向记者讲述了FAST的研发安装以及功能特征。

    巨型锅盖:

    能动会变形 还有优美弧度

    这个全球最大的“锅盖”,口径有500米,拥有30个足球场大的接收面积,总面积达25万平方米,在世界上是前所未有的。FAST不但要能动,而且对动的要求还很高。为了提高信号的接收广度,FAST会变形,通过球面的凹凸变化和馈源舱的移动来调整接收角度,这就使FAST信号的接收面积灵敏度达到目前世界上最先进的射电望远镜的2.5倍。从理论上讲,FAST能接收到137亿光年以外的电磁信号,而这个距离接近宇宙的边缘。

    “整个望远镜的反射面面板非常特殊,是由一个又一个可变形的主动反射面单元构成,共有4450块反射面单元,每个反射面单元由100块边长10米左右的三角形反射面子单元构成。”郑元鹏说,可变形的设计,主要考虑到在观测的时候需要用抛物面进行观测,好处就是可以很好地聚焦,对天体实施精确的观测。反射面单元拼装完成后,还有一个重要的步骤,需要摄影测量,因为望远镜球面必须是优美弧度,是非常完整的一个曲面,曲率偏差在3毫米,每块反射面单元曲率偏差需要控制在2毫米以内,如果偏差比较大,就需要调整连接在每一个索网的螺丝,用螺丝的升降,有效地调整曲率,从而达到指标要求,以便更好地观测。经过近一年的拼装,共有300多种反射面单元,6000多种反射面子单元,每一块都不一样,安放的位置也不一样,现在已完成整个反射面的安装。

    面板孔洞:

    有风吹过会奏响《大窝凼之歌》

    此外,面板的制造精度也被提到了前所未有的水平,面板上有很多有规则的孔洞,直径都是5毫米,透孔率达到50%。郑元鹏介绍,这样的标准是有讲究的,一是可以探测70M赫兹到3G赫兹,也就是波长0.1米到4.2米的无线电波,对应的孔洞必须是要小于0.01米,这样才能有效探测到这一波段的信号;二是减轻自身重量,减轻钢索和圈梁的负荷,使索网承受的拉力大大减少;三是透光,能使面下的植物很好地生长;四是透水,贵州的雨水特别大,这样设计可避免出现山体滑坡;五是透风,可防6级大风,每当有风吹过时,经常给现场施工人员带来意外惊喜,有时像美妙的乐声,如宇宙问候,还如初生婴儿的声音。为此。现场负责人、反射面副总设计师曹江涛特意称这种声音为《大窝凼之歌》。

    “天眼眼珠”:

    实现对天体高精确度指向跟踪

    馈源舱是射电望远镜的核心装置,像飞蝶一样,里面有大量的电子设备。它是反射镜面反射信号的焦点,接收信号的一个装置,就像天线一样。如果把望远镜比做一个观天巨眼的话,这个馈源舱好像是它的“瞳孔”或“眼珠”。

    正因如此,馈源舱系统是FAST工程中技术含量最高、技术难度最大的部分,其结构安全尤为重要。定位到指定的焦点,馈源才能更好更多地接收无线电电波。馈源舱运动不仅仅能上下运动,而且是在140米到180米左右的一个碗面形状上运动,它要追踪的是望远镜反射镜面一个焦点的位置,但这个500米望远镜不是完全固定的,根据需要可以变形,就是500米口径的大锅内可形成无数个300米口径的小碗,当我们观测到不同天面的时候,计算机系统就像大脑一样会发出一个指令,指令发出之后,镜面变形然后聚焦到不同的方面,同时钢索会把重量30吨的馈源悬吊到这个焦点的位置,将馈源实时定位于毫米级的瞬时焦点,实现对天体高精确度指向跟踪,使它能够更有效更好地进行观测。

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