把位于西安電子科技大學(xué)南校區(qū)圖書館前的50米射電望遠(yuǎn)鏡模型等比例放大10倍，這個(gè)由6座塔6根索驅(qū)動(dòng)的饋源艙裝置，就與貴州省平塘縣的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）基本一致。而后者，正是被預(yù)計(jì)今年9月全部竣工、稱為“觀天巨眼”的世界最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。
2015年11月21日，F(xiàn)AST饋源支撐系統(tǒng)首次升艙，這只“觀天巨眼”終于“睜開了眼”。這背后，凝聚著中國(guó)天文學(xué)家探索宇宙的勇氣和中國(guó)工程師們挑戰(zhàn)極限的努力，更凝聚著中國(guó)不同學(xué)科科學(xué)家的聰明才智。這其中就包括中國(guó)工程院院士、機(jī)電工程學(xué)院段寶巖教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)的西電智慧。
【智慧一：創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案西電首提】
將饋源系統(tǒng)由萬(wàn)噸級(jí)降至30噸，系FAST三大創(chuàng)新之一
事情最早得從1993年說(shuō)起。這一年，在日本京都召開了第23屆國(guó)際無(wú)線電科聯(lián)大會(huì)，包括中國(guó)在內(nèi)的10國(guó)天文學(xué)家聯(lián)合發(fā)起了建造接收面積達(dá)一平方公里的“新一代大射電望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃”倡議。這一倡議旨在建造新一代大射電望遠(yuǎn)鏡，以便全面深入地了解宇宙，迎接天體物理在新世紀(jì)的挑戰(zhàn)。
這之后，中國(guó)、加拿大、荷蘭、美國(guó)、印度等國(guó)積極展開了第一代射電望遠(yuǎn)鏡的爭(zhēng)建工作，主流技術(shù)方案包括三種，即相位陣、小天線致密陣和單口徑。當(dāng)時(shí)，考慮到計(jì)算機(jī)后期對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力，中國(guó)和加拿大的科學(xué)家偏向于建造單口徑的大型射電望遠(yuǎn)鏡。
建造單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，方案有兩種：一種是全可動(dòng)的拋物面天線，比如美國(guó)的綠岸射電望遠(yuǎn)鏡（Green Bank Telescope），口徑100×110米，重達(dá)7700噸，口徑再大就會(huì)因?yàn)橹亓σ蛩?，超過(guò)工程極限；另一種是主反射面不動(dòng)而饋源動(dòng)的球反射面射電望遠(yuǎn)鏡，比如美國(guó)利用喀斯特地形建造的阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡（Arecibo Radio Telescope），口徑305米，支撐饋源的懸空背架重達(dá)1000噸，口徑再大就只能創(chuàng)新方案，否則造價(jià)將難以接受。
為了達(dá)到接收面積一平方公里這個(gè)硬指標(biāo)，又要工程上可實(shí)施、造價(jià)上可接受，像阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡那樣，利用喀斯特地貌建造單口徑射電望遠(yuǎn)鏡則成為必由之路。因此，建造新一代望遠(yuǎn)鏡的第一步，便是在喀斯特地形上尋找一個(gè)口徑為500米的自然天坑。
1995年，中國(guó)天文學(xué)家終于在貴州南部找到了兩個(gè)這樣的位置，其中之一就是現(xiàn)在FAST項(xiàng)目所在地，貴州省黔南州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的大窩凼。這里不但有世界上最佳的喀斯特地貌，像超大型的碗一樣的500米口徑天坑；更因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，這里還擁有天文觀測(cè)必需的較為潔凈的電磁環(huán)境。
就這樣，在中國(guó)建造新一代射電望遠(yuǎn)鏡成為可能的首選方案。這一年，第三屆國(guó)際大射電望遠(yuǎn)鏡工作組會(huì)議也因此選在貴州召開，這個(gè)會(huì)議的目的就是希望找到一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案，推動(dòng)望遠(yuǎn)鏡建造。西安電子科技大學(xué)與新一代大射電望遠(yuǎn)鏡的接觸就是從這開始的。
在這次會(huì)議上，西安電子科技大學(xué)茅於寬教授關(guān)于圓柱表面相位陣、王家禮教授關(guān)于低造價(jià)反射面的報(bào)告，尤其是段寶巖教授所作的關(guān)于大射電望遠(yuǎn)鏡饋源支撐的光機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)的報(bào)告，受到了與會(huì)國(guó)內(nèi)外專家的高度關(guān)注。
這一方案的核心就是將原阿雷西博方案中，用于支撐線饋源的重達(dá)1000噸的鋼結(jié)構(gòu)，用計(jì)算機(jī)伺服系統(tǒng)控制的從6個(gè)塔頂伸出的6根大跨度的柔索來(lái)取代。同時(shí)，布置3臺(tái)激光測(cè)距儀實(shí)時(shí)獲取饋源的實(shí)際位姿，通過(guò)6索長(zhǎng)度的自動(dòng)調(diào)整，將饋源調(diào)回到電性能所允許的誤差范圍之內(nèi)。
陜公網(wǎng)安備61019002002681號(hào)