式現(xiàn)代化之路 “地球巨眼”迎來建設(shè)階段首顆“中國之眸” 2023-09-21 09:09 來源：中國青年報 “地球巨眼”迎來建設(shè)階段首顆“中國之眸” ——全球最大射電天文望遠(yuǎn)鏡陣列首臺中頻天線正式吊裝 備受矚目的“地球巨眼”——國際大科學(xué)工程平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）項目建設(shè)迎來重要進(jìn)展，其建設(shè)階段第一顆“中國之眸”正式落地了。 9月20日，我國參與研制的SKA項目進(jìn)入建設(shè)階段以來的首臺中頻天線，在中國電科網(wǎng)絡(luò)通信研究院測試現(xiàn)場正式吊裝，不久后將被運(yùn)往位于南非的目的地。這標(biāo)志著SKA中頻天線結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本達(dá)到技術(shù)就緒和批量生產(chǎn)狀態(tài)，正式進(jìn)入建設(shè)階段。 “SKA將為人類認(rèn)識宇宙提供重要機(jī)遇，開啟人類探測宇宙的新紀(jì)元?！敝袊娍剖紫茖W(xué)家鄭元鵬說，建設(shè)階段首臺天線吊裝完成，標(biāo)志著我國在SKA核心設(shè)備研發(fā)中發(fā)揮引領(lǐng)和主導(dǎo)作用，在國際大科學(xué)工程中成功提供“天線解決方案”。 SKA是由全球多國合資建造和運(yùn)行的世界最大規(guī)模綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，被稱作“地球巨眼”，其臺址分別位于南非及南部非洲8國、澳大利亞西部的無線電寧靜區(qū)域。SKA建成后將比目前最大的射電望遠(yuǎn)鏡陣列靈敏度提高50倍，巡天速度提高1萬倍。 在約3000公里的廣袤荒野中，3000面天線組成的望遠(yuǎn)鏡靜伏于地球表面，觀測宇宙深處最神秘的電波——這就是SKA建成之后可預(yù)見的景象。SKA天文臺宣傳外聯(lián)部主任威廉·加尼爾介紹，從規(guī)模層面來講，SKA組成陣列的射電望遠(yuǎn)鏡總接收面積達(dá)1平方公里，相當(dāng)于140個足球場的面積。 如此龐大的工程并非一國之力可以完成。20世紀(jì)90年代初，在來自約20個國家的上百個大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)的天文學(xué)家和工程師的努力下，人類有史以來在建的最大綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡SKA應(yīng)運(yùn)而生。 “SKA寄予著人類了解宇宙和生命奧秘的使命，探測宇宙、星系的起源和演化，尋找更多的星系，探尋孕育生命的新?lián)u籃，搜索外星生命等都是SKA未來將致力于揭示的基本問題?！编嵲i說。 作為人類探尋宇宙樣貌的“地球巨眼”，SKA要獲得對宇宙目標(biāo)的“精準(zhǔn)畫像”，除了得天獨(dú)厚的站址條件外，更不可缺少的是一道道投射出去的“天線”。SKA中頻天線集多種關(guān)鍵技術(shù)于一身，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確地“聽音辨位”，是“地球巨眼”的核心設(shè)備。 這也是擺在SKA中頻天線結(jié)構(gòu)項目總設(shè)計師杜彪面前的難題：天線要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地“聽音辨位”，需要具有較高的靈敏度和指向精度；專注于宇宙目標(biāo)，則需具備高電磁屏蔽能力，以屏蔽電子設(shè)備的電磁輻射干擾，這些帶來的設(shè)計與研發(fā)挑戰(zhàn)是前所未有的。 為解決這一世界性技術(shù)難題，杜彪與相關(guān)團(tuán)隊對伺服控制系統(tǒng)設(shè)計、動態(tài)仿真、標(biāo)校、調(diào)試、測試方法和測試驗證等一系列關(guān)鍵技術(shù)開展攻關(guān)，最終完成了高電磁兼容性伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計、加工和集成工作。 由于SKA中頻天線中心區(qū)域陣列建在南非卡魯?shù)貐^(qū)，天線的運(yùn)輸、集中建設(shè)、運(yùn)行、后期維護(hù)等都是技術(shù)人員需要重點(diǎn)考慮的問題。SKA中頻天線結(jié)構(gòu)項目負(fù)責(zé)人王大為表示，為了便于運(yùn)輸與組裝，他和團(tuán)隊對天線反射體、座架、方位俯仰機(jī)構(gòu)和軸承進(jìn)行了模塊化設(shè)計，使得各模塊就像一塊塊積木部件一樣易于拆裝；為方便設(shè)備維護(hù)，他們將驅(qū)動器、電機(jī)、減速機(jī)等結(jié)構(gòu)設(shè)計為現(xiàn)場可更換單元，“在現(xiàn)場隨時可換，無須返場維護(hù)，更方便了設(shè)備維護(hù)運(yùn)營”。 SKA中頻天線是一臺15米口徑的賦形雙偏置格里高利天線，天線反射體由主反射體、副反射體、換饋機(jī)構(gòu)以及支臂構(gòu)成。這是SKA的最終形態(tài)，也是SKA中頻天線結(jié)構(gòu)項目設(shè)計師楊晉蓉與團(tuán)隊的心血。 制作66塊面板是楊晉蓉面對的第一個挑戰(zhàn)，為此他們耗費(fèi)了3個月。按照要求，整個天線的主反射面是一個六邊形空間的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由66塊不同曲率的鋁合金三角形面板組成。由于這66塊面板的曲率各不相同，所以需要制造66個專用的模具。 “我們的面板精度達(dá)到了0.05-0.12毫米，面形精度優(yōu)于100微米，還不及兩根頭發(fā)絲的厚度，這代表了國內(nèi)面板設(shè)計與制造的最高水平?！睏顣x蓉說，為易于實(shí)現(xiàn)高精度，也便于維護(hù)和快速安裝，天線主反射體采用了高精度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和三角形鋁合金面板。 高精度要求的背后，是每一個安裝環(huán)節(jié)的極致精密。為此工藝師們經(jīng)過幾十次試驗，構(gòu)建了4個計算模型，反復(fù)研究裝配流程，歷經(jīng)兩個多月才完全掌握最佳安裝方法。 天線宛如一個尚在襁褓中的嬰兒，需要各方專家精心維護(hù)，容不得半點(diǎn)干擾。為降低設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的電磁輻射對天線的影響，電磁屏蔽艙研制技術(shù)負(fù)責(zé)人竇玉超帶領(lǐng)團(tuán)隊尋找技術(shù)“最優(yōu)解”。 “這是一個非常大的挑戰(zhàn)?！备]玉超說，“這個空間不大，里面容納了非常多的設(shè)備?？紤]到天線是在沙漠環(huán)境中工作，要留通風(fēng)孔用于散熱，還要留進(jìn)出電纜的通道、人維護(hù)的空間，無論是如何布置空間還是實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽性能，都是很難完成的任務(wù)?！? 經(jīng)過一年時間，此問題得以解決。其間團(tuán)隊反復(fù)論證，結(jié)合每臺設(shè)備的功率、發(fā)熱量等情況進(jìn)行合理布局。研制團(tuán)隊透露，方案大調(diào)整有四五次，微調(diào)有幾十次，歷時一年才找到最優(yōu)方案。 “我們作為SKA天線結(jié)構(gòu)工作包聯(lián)盟的牽頭單位，聯(lián)合團(tuán)隊內(nèi)部來自南非、意大利等國的科研及工業(yè)機(jī)構(gòu)，將共同完成SKA天線結(jié)構(gòu)工作包天線的建設(shè)任務(wù)?！敝袊娍凭W(wǎng)絡(luò)通信研究院黨委書記徐小剛說，“我們將繼續(xù)深化國際交流合作，加強(qiáng)與各方通力配合，為SKA大科學(xué)工程建設(shè)貢獻(xiàn)中國智慧和中國力量?！? 記者了解到，此次吊裝完成之后，中國電科還將陸續(xù)完成SKA建設(shè)階段首批64臺中頻天線的安裝。 中青報·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 見習(xí)記者 李瑞璇 來源：中國青年報 【責(zé)任編輯：韓雅潔】