领略“中国天眼”的独特魅力:中国之最,也是世界之最 中国之最或世界之最( 二 )


据了解,虽然建成的时间不长,但FAST工程的技术团队已开始着手进行相关观测 。
置身其中,感知“天眼”设计之精、工程之巧
如果有幸能够走近“中国天眼”,那么你一定会被其各个环节的精巧设计所震撼 。
“中国天眼”有着数不尽的“神工天巧”,索网结构就是其中最亮眼的一个 。作为主动反射面的主要支撑结构,其索网结构是反射面主动变位工作的关键点 。它的一些关键指标,远高于国内外相关领域的规范要求 。例如,主索长度控制精度须达到1毫米以内,主索节点的位置精度须达到5毫米以内 。其中,索构件疲劳强度不得低于500兆帕,相当于国际规范定值的2.5倍 。因此,它被视为当今世界跨度最大、精度最高的索网结构 。
6670根主索、2225个主索节点及相同数量的下拉索,完整地拼出了FAST的索网 。拼装完成后,FAST的巨大反射面看起来就像一口“超级大锅”,6个支撑塔高高竖起,网格逐渐爬满了“锅”底,向上延伸“咬住”环梁,反射面面板一圈一圈铺满索网的空隙,织完巨网 。
这一索网结构,是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系 。也就是说,索网可以根据观测天体的方位,启动促动器控制下拉索,在FAST反射面的不同区域形成直径为300米的抛物面,以实现精确观测 。有人把这个可移动的抛物面形象地称为“中国天眼”的“虹膜” 。
提到“虹膜”,就不得不再说说“中国天眼”的“瞳孔”——馈源舱 。馈源是指射电天文望远镜用来接收天体信号的系统,馈源舱就是用于安放这个系统的平台 。
美国阿雷西博射电天文望远镜的馈源平台重近千吨,几乎等于用固定轨道把平台架设在半空 。这样的设计,虽有利于馈源的定位,却缩小了观测角度 。FAST最终创新性地采取轻型索支撑馈源平台方案,把馈源舱减重到30吨,由6条600多米长的钢索吊在空中精准定位,误差不超过48毫米 。这样的工程难度,世界上前所未有 。
“我们采用了光机电一体化技术,创新性地提出了轻型索支撑馈源平台,并使用并联机器人进行二次精调,实现高精度指向跟踪 。这也是FAST的‘三大自主创新’之一 。”FAST馈源支撑系统总工程师朱文白说,“通过卷扬机收放钢索,可以驱动馈源舱在一个距离地面高140米至180米、直径为207米的球冠面上运动,最大定位精度小于10毫米 。”
FAST建设之精巧,还体现在选址上 。科技人员利用平塘县喀斯特漏斗洼地,依托当地独特的山体优势,顺势建成了“中国天眼” 。
“天然的喀斯特地形,可使雨水不会存积,与望远镜形状接近的山体洼地,又可以令工程开挖量大大减少,从而节省工程造价 。”国家天文台高级工程师朱明介绍,科研人员对台址选择制订了非常“苛刻”的筛选指标,既要研究台址自身的岩体结构、水文情况、长短轴比例、挖填方率是否合适,还要考察台址山形的闭合情况、几何形状是否达标,最后再综合台址地区的地质灾害、地震风险、气象条件、无线电环境等是否满足条件 。
经过10余年的精挑细选和实地勘察,现址从一万多个备选地点中脱颖而出 。
纵观中外,感知“天眼”建设之快、影响之广
我国的射电天文学研究起步比国际上其他国家晚了许多年 。“起步比别人晚,就要比别人花时间多一点、走得快一点,否则永远赶不上 。”FAST首席科学家、总工程师南仁东把生命中近三分之一的时光都奉献给了FAST 。
1993年,国际无线电科学联盟大会在日本东京举行 。有科学家提出,在全球电波环境继续恶化之前,人类应该建造新一代射电天文望远镜,接收更多外太空的讯息 。南仁东认为,这对中国来说是个千载难逢的好机会 。“建造新一代射电天文望远镜”这个大胆的设想油然而生 。然而,对于20世纪90年代初的中国来讲,如此设想可谓“胆量超大” 。