中国500米口径球面射电望远镜开始制造安装索网

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2018-08-21

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  (责编:冯粒、袁勃)

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原标题:中国500米口径球面射电望远镜开始制造安装索网  7月17日,随着第一根主索的安装,500米口径球面射电望远镜反射面索网制造与安装工程正式步入工程实施阶段。   索网制造与安装工程是500米口径球面射电望远镜工程的主要技术难点之一,其关键技术问题主要包括:超大跨度索网安装方案设计、超高疲劳性能钢索结构研制、超高精度索结构制造工艺。 该工程进入正式实施阶段则标志着上述三个主要技术难题已经得以解决。   FAST索网结构直径500米,采用短程线网格划分,并采用间断设计方式,即主索之间通过节点断开。

索网结构的一些关键指标远高于国内外相关领域的规范要求:例如,主索索长控制精度须达到1mm以内,主索节点的位置精度须达到5mm,索构件疲劳强度不得低于500MPa。 整个索网共6670根主索、2225个主索节点及下拉索。

索网总重量约为1300余吨,主索截面一共有16种规格,截面积介于280mm2~1319mm2之间。 由于场地条件限制,全部索结构须在高空中进行拼装。 索网采取主动变位的独特工作方式,即根据观测天体的方位,利用促动器控制下拉索,在500m口径反射面的不同区域形成直径为300米的抛物面,以实现天体观测。

  整个索网安装工程预计将耗时六个月,届时将是FAST反射面主体工程的关键时间节点。

索网建成后将形成一系列成果,例如,高疲劳性能钢索制造工艺、大跨度索网安装方案等,将对我国索工业水平起到显著提升作用。   更多信息:  --------关于500米口径球面射电望远镜(FAST)  由于来自太空天体的无线电信号极其微弱,80年来所有射电望远镜收集的能量还翻不动一页书,为了获得更多来自宇宙的无线电信号,甚至能够阅读到宇宙边缘的信息,我们需要大口径的射电望远镜来实现这一目标。

但是由于自重和风载引起形变的限制,传统全可动望远镜的最大口径只能做到100米。   借鉴国外大射电望远镜的经验,吸收当今世界上先进的望远镜技术。 中国天文学家提出建造世界最大的单口径射电望远镜——500米口径球面射电天文望远镜。

和同类大口径射电望远镜相比,它的独到之处在于:①利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址;②洼坑内铺设数千块单元组成500米球冠状主动反射面,球冠反射面在射电电源方向形成300米口径瞬时抛物面,使望远镜接收机能与传统抛物面天线一样处在焦点上;③采用轻型索拖动机构和并联机器人,实现接收机的高精度定位。

  全新的设计思路,加之得天独厚的台址优势,FAST突破了射电望远镜的百米极限,开创了建造巨型射电望远镜的新模式。 它拥有30个足球场大的接收面积,将是国际上最大的单口径望远镜。 与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比,灵敏度提高约10倍;与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪10大工程之首的美国Arecibo300米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。

作为世界最大的单口径望远镜,FAST将在未来20—30年保持世界一流设备的地位。   --------FAST工程的建设内容  FAST工程的主要建设目标是在贵州喀斯特洼地内铺设口径为500米的球冠形主动反射面,通过主动控制在观测方向形成300米口径瞬时抛物面;采用光机电一体化的索支撑轻型馈源平台,加之馈源舱内的二次调整装置,在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下,实现高精度的指向跟踪;在馈源舱内配置覆盖频率70MHz~3GHz的多波段、多波束馈源和接收机系统;针对FAST科学目标发展不同用途的终端设备;建造一流的天文观测站。   为实现这一建设目标,需要完成以下六项主要建设内容。

①台址勘察与开挖:勘察台址工程地质和水文地质条件,开挖清理洼地,使其满足望远镜建设的需要。 ②主动反射面:建设上万根钢索和数千个反射单元组成的球冠型索膜结构,口径~500米,球冠张角110-120°,变形抛物面的均方差为5毫米。

③馈源支撑系统:建设公里尺度的钢索支撑体系,在馈源舱内安装并联机器人用于二级调整,最终调整定位精度为10毫米。 ④测量与控制:建设洼地中基准网和基准站,激光全站仪和近景测量系统,百米距离测量精度2毫米。 采用现场总线技术实现数千点自动控制。

⑤馈源与接收机:研制高性能的多波束馈源接收机,频率覆盖70MHz-3GHz。 研制馈源、低噪声致冷放大器、宽频带数字中频传输设备、高稳定度的时钟和高精度的频率标准设备等。 配置多用途数字天文终端设备。 ⑥观测基地建设:建立望远镜观测室、终端设备室、数据处理中心、各关键技术实验室、办公楼和综合服务体系等。

  --------FAST工程的历程与现状  1993年国际无线电联大会上,包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”的倡议,渴望在电波环境彻底毁坏前,回溯原初宇宙,解答天文学中的众多难题。

1995年底,以北京天文台为主,联合国内20余所大学和研究所成立了射电“大望远镜”中国推进委员会,提出了利用中国贵州喀斯特洼地,建造球反射面即阿雷西博型天线阵的喀斯特工程概念。

中国科学家为进一步推进喀斯特概念,提出独立研制一台新型的喀斯特单元,即500米口径球面射电天文望远镜(FAST—Five-hundred-meterApertureSphericalradioTelescope)。 FAST台址确定在贵州省黔南州平塘县克度镇金科村的“大窝凼”洼地。 FAST工程的预研究历时13年,由中国科学院国家天文台主持,全国20余所大学和研究所的百余位科技骨干参加了此项工作。

  2007年7月10日,国家发改委原则同意将FAST项目列入国家高技术产业发展项目计划,FAST项目正式立项。 2011年3月25日,FAST工程正式开工建设。

FAST工程自正式开工建设以来,各系统陆续进入实施阶段。

首先是台址勘察与开挖系统,在参建各方的共同努力下,目前台址开挖工程已基本完成。

与此同时,各工艺系统也在积极开展优化工作,邀请国内外优秀的专家学者交流访问,组织多次专家评审会和研讨会,积极为工程施工设计提供技术输入。 2011年11月,馈源支撑系统成为第一个进入工艺实施阶段的子系统。

其他工艺系统在反射面单元、促动器、望远镜总控与基础测量、19波束接收机研制和电磁兼容保护等方面的优化设计研究工作也取得了阶段性成果,地锚、圈梁的施工建造工作也逐步进入实施阶段。

为了FAST工程能够发挥更大的科学价值,科学部成员在恒星形成、脉冲星研究、星系中的星系介质等研究方向上也取得了一系列成果。