段寶巖解釋說，如果新一代大射電望遠鏡陣照搬阿雷西博的設(shè)計方案，將會出現(xiàn)三個難題：一是工程造價太高，遠遠超過國家社會對新一代大射電望遠鏡的接受程度；二是純機械跟蹤控制系統(tǒng)的精度低；三是工程難度大，500米口徑時懸空背架的重量理論上將近萬噸，工程實施難度極大?！靶路桨覆粌H可將饋源支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的自重降至約30噸，工程實施和造價變得可行，還克服了阿雷西博方案中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的不足?！?img id="undefined" border="0" hspace="10" vspace="10" src="/_mediafile/xadzkjdx2/2016/07/05/229zbxptrx.jpg" width="500" height="333" style="width: 482px;float: right;height: 311px" />
這一新方案以光機電一體化技術(shù)代替了傳統(tǒng)的純機械技術(shù)，以軟件代替了硬件，結(jié)構(gòu)形式大大簡化，降低了工程造價，使大射電望遠鏡陣工程的實現(xiàn)成為可能，當即引起了國內(nèi)外同行專家的廣泛關(guān)注與濃厚興趣，被同行稱為“變革式的創(chuàng)新設(shè)計”。
隨后，段寶巖擔任了由國家天文臺南仁東研究員為主任的中國大射電望遠鏡推進委員會工程預研究組組長，帶領(lǐng)西電團隊致力于關(guān)鍵技術(shù)的突破。如今，F(xiàn)AST工程，饋源部分就直接采用了段寶巖提出的六索驅(qū)動的設(shè)計方案。這一光機電一體化饋源索支撐方案，與利用貴州喀斯特地形建造射電望遠鏡、創(chuàng)新性的主動球反射面一起，被譽為FAST工程的三大創(chuàng)新。
【智慧二：“眼珠”定位技術(shù)源自西電】
粗精兩級調(diào)整平臺，確保饋源定位精度達到4毫米
根據(jù)資料顯示，F(xiàn)AST選擇在貴州南部喀斯特地形中一個500米級的球形洼地中建造，洼地內(nèi)鋪設(shè)主動反射面。建成后的工作原理是，被饋源照明部分的球形反射面，可實時地調(diào)整為一個拋物面，從而可用傳統(tǒng)的拋物面望遠鏡的饋源照明技術(shù)來實現(xiàn)寬帶觀測。
如果說球形洼地是這只“觀天巨眼”的“眼窩”，那么由懸索支撐的饋源艙與饋源就是“觀天巨眼”的“眼珠”。FAST實際使用的饋源艙裝置雖然與西電50米模型略有不同，增加了A、B軸進行調(diào)控，但核心原理卻是一致的，那就是利用Stewart平臺對饋源進行粗精兩次調(diào)節(jié)?？梢哉f，F(xiàn)AST的“眼珠”定位技術(shù)正是源自西電。
“創(chuàng)新設(shè)計方案中，我們首次將動態(tài)懸索應(yīng)用于望遠鏡饋源的結(jié)構(gòu)支撐，解決的主要是工程實施和造價問題，但如何突破關(guān)鍵技術(shù)，進而實現(xiàn)這個射電望遠鏡要求的總體性能，就成為了一個很大的挑戰(zhàn)?！倍螌殠r介紹說。
FAST反射面曲率半徑300米，開口角120度，口徑520米，天空覆蓋最大觀測天頂角60度，工作時理論轉(zhuǎn)速為每秒1厘米，工作頻率最高為8.8G赫茲?！鞍堰@一大段技術(shù)指標，簡化為一個聽得懂的數(shù)字，那就是要確保6根懸索控制的饋源艙中的饋源，實現(xiàn)不超過4毫米的動態(tài)定位精度?！?/p>
“新方案克服了阿雷西博方案的弱點，但對工程控制卻提出了更高的要求。”由于由懸索和饋源艙組成的艙索結(jié)構(gòu)，具有非線性、大滯后、大慣性和弱剛度等特性，且在工作中難免受到風荷等外界干擾，僅靠懸索的控制很難使饋源艙達到指標要求的毫米級動態(tài)定位精度。
鑒于此，段寶巖團隊又提出了粗、精兩級調(diào)節(jié)來實現(xiàn)饋源高精度動態(tài)定位定姿的方案。首先通過6根懸索對饋源艙實現(xiàn)粗調(diào)節(jié)，再通過安裝在饋源艙內(nèi)的Stewart平臺實現(xiàn)精調(diào)節(jié)。Stewart平臺上又分布了多個饋源，所以在提高定位精度的同時，還可實現(xiàn)多波段觀測。
基本原理很簡單，但如何突破這一技術(shù)難題卻沒有現(xiàn)成的辦法?！斑@類射電望遠鏡懸索式饋源艙支撐系統(tǒng)，理論上屬于并聯(lián)機構(gòu)學范疇，當時國際上關(guān)于這一領(lǐng)域的研究尚處于探索階段，沒有形成系統(tǒng)的理論與方法?！倍螌殠r介紹說，他們在研究中首次提出了并聯(lián)宏-微機器人概念，從理論上建立了逆運動學模型，并通過實驗對方案及策略進行了初步驗證。
陜公網(wǎng)安備61019002002681號
