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幸运28:FAST:既能仰望星空,又能融入产业

FAST:既能仰望星空,又能融入产业

  对于中国天文学界来说,2016年9月25日必定要永载史册——世界上最大口径射电望远镜FAST(500米口径球面射电望远镜)在我国贵州平塘县大窝凼正式建成启用。

  这曾是一代天文学人的梦想。

  1994年底,北京天文台(现国家天文台)牵头20所院校,提出建设“喀斯特工程”。他们从中国西南无数个喀斯特地貌的凹坑中,选中了大窝凼。2011年3月,FAST正式开工建设。

  5年半的日日夜夜,建造了世界射电望远镜之最,一个天文“大锅”在贵州的山窝窝里落成。

  FAST把覆盖30个足球场大小的信号,聚集在药片大小的空间里。500米的结构,要实现毫米级精度,是天文学家从未做过的。

  这是一项精细的工程。

  确保钢结构不变形就是一大挑战。由于热胀冷缩,夏天大锅边框会比冬天外移30厘米。1.6公里长的巨大边框并不固定,而是“搁”在钢架上,它与钢架的接触面是一层平滑材料。这样即使边框涨缩,钢架也不会倾斜。

  大锅呈现标准的球形,在工作时需要变形,以便在适当的位置形成300米直径的抛物面,聚焦信号。有了FAST,人类的视野将更加辽阔。理论上说,它能接收到137亿光年以外的电磁信号,这个距离接近于宇宙的边缘。

  大科学工程在推动我国科学事业进步的同时,往往也能促进高科技产业的发展。

  FAST大锅上方悬空的馈源舱,由锅外的6个支撑塔通过钢索共同拉起。6条400多米的钢索拉起馈源舱,移动范围达200米,还有精度要求。这些钢索频繁地拉拽,需幸运28要超高的耐疲劳强度。经过科研人员和国内企业共同攻关,实现了钢索强度500兆帕、200万弯曲次数的设计要求,而此前我国一般钢索仅为200兆帕、200万次弯曲的水平。这样的钢索用到我国的钢索斜拉桥上,将会大幅提升桥梁的质量。

  悬空的馈源舱需要不断调整位置,拽着它的钢索就需要不断地拉伸,附着在钢索上的信号光缆也要不断拉伸。以前国内对光纤弯曲的要求一般几十次就可以了,而FAST工程要求光纤5年抗弯曲疲劳要达到6.6万次。FAST工程团队与科研单位和企业合作攻关,历经4年,终于制造出了突破10万次弯曲疲劳寿命的48芯动光缆,同时让信号衰减达到最低,刷新了世界纪录。

  FAST作为最灵敏的单口径射电望远镜,极易受到电磁干扰,包括望远镜自身电气和电子设备的干扰。早在FAST动工之前,科学家就开始考虑对望远镜做电磁兼容设计,以减少自身的干扰。“比如馈源舱,我们采用双层屏蔽的手段,达到了160dB的屏蔽效果。而国家标准最高屏蔽效能为120dB。”FAST工程办副主任张海燕博士说,当初调研时企业一听说我们这么高的屏蔽要求都吓了一跳,连说做不了。我们集合国内科研单位和企业人员,进行技术分解,研究怎样达到要求,终于攻克这一难关。这项成果可应用到卫星和舰艇等的研发中,促进了国内高灵敏度复杂系统电磁兼容技术的发展。

  FAST对设备和零部件的苛刻要求,促使幸运28我们的企业应用高技术手段生产,企业进步明显。

  建造FAST,可以说是一箭双雕。

(原载于《科技日报》 2016年09月26日 01版)