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攻坚克难:我国球面射电望远镜的建造之路

2020年01月14日 10:30:43来源:仪器网作者:小明

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  【仪器网 时事聚焦】近日,据国内多家媒体报道,建于贵州省平塘县并被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(简称FAST),于1月11日下午正式通过验收并成功投入运行。这不仅意味着“中国天眼”开启了“睁眼看宇宙”的新征程,同时也使得人类能够更加清晰、更加深入地向宇宙未知地带探索,对于促进我国天文学实现重大科技突破具有重要的意义。
 
 
  据了解,“中国天眼”的反射面由4450个反射单元构成,总面积为25万平方米,可在140米高空、206米的尺度范围内实时定位。其灵敏度达到全球第二大射电望远镜的2.5倍以上,可有效探索的空间范围体积扩大4倍。相对于其它类型的望远镜来说,它的观测速快更快、观测范围更大,是目前全球范围内最大且最灵敏的射电望远镜。
 
  我国的天文学研究具有较为悠久的历史,在多种有证可考的文物中,对太阳、月亮、行星等天体和日食、月食、太阳黑子以及流星雨等天文现象有着丰富记载,而且我国古代的天文学家还发明创造了许多用于观察测量的天文仪器,如土圭、浑象、简仪以及高表等。但与其他科学技术一样,近代以来我国的天文学研究基本处于沉寂状态。1993年以后,以王绶琯、南仁东等为代表的众多天文学家开始力主建设属于我国自己的射电望远镜。从1994年选址开始,到现今“中国天眼”正式投入运行,我国的研究团队经过20多年的攻坚克难,终于成功实现我国天文领域的重大跨越。
 
  在“中国天眼”的建造过程中,数次面临的多种困难,也曾使得建造步伐一度放缓。首先是如何克服地形和温差的不利影响,由于组成“天眼”的圈梁、索网部分以及基础受力复杂,并且圈梁温度作用明显。团队经过苦思冥想,提出将柱子与圈梁隔开,通过一个径向可动支座进行滑动释放,解决了这一难题。
 
  索网的抗疲劳性能是研究团队开始时没有想到的一个问题。在结构中,索网结构是一个变形载体,它需要在球面和抛面面间进行变形,因此对疲劳的性能要求很高。通过相关试验设备的疲劳测试与一系列评估计算,建造团队得到每一根索应具备的疲劳性能为500MPa应力幅、200万次循环加载,而市面上普通的钢索均无法满足这一要求。为此,研究人员进行了超高疲劳性能钢索的研制和大规模的疲劳实验,经过两年的艰苦研发,全方位地改变了钢索的制造工艺,包括扭制工艺、涂层工艺等,研制出了适合FAST的钢索,攻克了这一核心技术。
 
  另外,如何保证射电望远镜的超高精度的制造要求也是一个非常重要的问题。FAST的每根钢索制造要求误差在1毫米,而索网由近万根钢索编制而成,如果每根都误差几毫米的话,结果误差将会很大。团队人员经过对温度、压力的调节等手段来消除间隙,实现了误差的精确控制。
 
  从浩瀚的宇宙星辰到渺小的基本粒子,人类的科学发现与技术创新越来越离不开科研仪器的助力。我们有理由相信,“中国天眼”的高灵敏度将帮助科学家发现更多未知星体、宇宙现象与规律。
 
  (资料来源:科学网、百度百科)
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