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攻堅(jiān)克難：我國(guó)球面射電望遠(yuǎn)鏡的建造之路

2020-01-14 10:55:44來(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：射電望遠(yuǎn)鏡閱讀量：4112

　　【儀器網(wǎng) 時(shí)事聚焦】近日，據(jù)國(guó)內(nèi)多家媒體報(bào)道，建于貴州省平塘縣并被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(簡(jiǎn)稱FAST)，于1月11日下午正式通過(guò)驗(yàn)收并成功投入運(yùn)行。這不僅意味著“中國(guó)天眼”開(kāi)啟了“睜眼看宇宙”的新征程，同時(shí)也使得人類能夠更加清晰、更加深入地向宇宙未知地帶探索，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)天文學(xué)實(shí)現(xiàn)重大科技突破具有重要的意義。

　　據(jù)了解，“中國(guó)天眼”的反射面由4450個(gè)反射單元構(gòu)成，總面積為25萬(wàn)平方米，可在140米高空、206米的尺度范圍內(nèi)實(shí)時(shí)定位。其靈敏度達(dá)到第二大射電望遠(yuǎn)鏡的2.5倍以上，可有效探索的空間范圍體積擴(kuò)大4倍。相對(duì)于其它類型的望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，它的觀測(cè)速快更快、觀測(cè)范圍更大，是目前范圍內(nèi)大且靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。

　　我國(guó)的天文學(xué)研究具有較為悠久的歷史，在多種有證可考的文物中，對(duì)太陽(yáng)、月亮、行星等天體和日食、月食、太陽(yáng)黑子以及流星雨等天文現(xiàn)象有著豐富記載，而且我國(guó)古代的天文學(xué)家還發(fā)明創(chuàng)造了許多用于觀察測(cè)量的天文儀器，如土圭、渾象、簡(jiǎn)儀以及高表等。但與其他科學(xué)技術(shù)一樣，近代以來(lái)我國(guó)的天文學(xué)研究基本處于沉寂狀態(tài)。1993年以后，以王綬琯、南仁東等為代表的眾多天文學(xué)家開(kāi)始力主建設(shè)屬于我國(guó)自己的射電望遠(yuǎn)鏡。從1994年選址開(kāi)始，到現(xiàn)今“中國(guó)天眼”正式投入運(yùn)行，我國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)20多年的攻堅(jiān)克難，終于成功實(shí)現(xiàn)我國(guó)天文領(lǐng)域的重大跨越。

　　在“中國(guó)天眼”的建造過(guò)程中，數(shù)次面臨的多種困難，也曾使得建造步伐一度放緩。首先是如何克服地形和溫差的不利影響，由于組成“天眼”的圈梁、索網(wǎng)部分以及基礎(chǔ)受力復(fù)雜，并且圈梁溫度作用明顯。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)苦思冥想，提出將柱子與圈梁隔開(kāi)，通過(guò)一個(gè)徑向可動(dòng)支座進(jìn)行滑動(dòng)釋放，解決了這一難題。

　　索網(wǎng)的抗疲勞性能是研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始時(shí)沒(méi)有想到的一個(gè)問(wèn)題。在結(jié)構(gòu)中，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)是一個(gè)變形載體，它需要在球面和拋面面間進(jìn)行變形，因此對(duì)疲勞的性能要求很高。通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備的疲勞測(cè)試與一系列評(píng)估計(jì)算，建造團(tuán)隊(duì)得到每一根索應(yīng)具備的疲勞性能為500MPa應(yīng)力幅、200萬(wàn)次循環(huán)加載，而市面上普通的鋼索均無(wú)法滿足這一要求。為此，研究人員進(jìn)行了超高疲勞性能鋼索的研制和大規(guī)模的疲勞實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)兩年的艱苦研發(fā)，全方位地改變了鋼索的制造工藝，包括扭制工藝、涂層工藝等，研制出了適合FAST的鋼索，攻克了這一核心技術(shù)。

　　另外，如何保證射電望遠(yuǎn)鏡的超高精度的制造要求也是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。FAST的每根鋼索制造要求誤差在1毫米，而索網(wǎng)由近萬(wàn)根鋼索編制而成，如果每根都誤差幾毫米的話，結(jié)果誤差將會(huì)很大。團(tuán)隊(duì)人員經(jīng)過(guò)對(duì)溫度、壓力的調(diào)節(jié)等手段來(lái)消除間隙，實(shí)現(xiàn)了誤差的精確控制。

　　從浩瀚的宇宙星辰到渺小的基本粒子，人類的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新越來(lái)越離不開(kāi)科研儀器的助力。我們有理由相信，“中國(guó)天眼”的高靈敏度將幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)更多未知星體、宇宙現(xiàn)象與規(guī)律。

　　(資料來(lái)源：科學(xué)網(wǎng)、百度百科)

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