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世界最大射電望遠鏡鋼結構工程由滬寧鋼機承擔
欄目:工程動態 發布時間:2020-11-24
4月20日,揚子晚報報道了中國正在建造世界最大射電望遠鏡的消息。東南大學土木工程學院國家預應力工程技術研究中心副主任郭正興教授領銜的團隊,承擔著最大望遠鏡施工階段的技術支撐。“最大望遠鏡看起來就像口超級大鍋。

4月20日,揚子晚報報道了中國正在建造世界最大射電望遠鏡的消息。東南大學土木工程學院國家預應力工程技術研究中心副主任郭正興教授領銜的團隊,承擔著最大望遠鏡施工階段的技術支撐。“最大望遠鏡看起來就像口超級大鍋。”郭正興透露,這口“大鍋”中的聯體強製對中基座,委托由湖北謝天祥測繪技術有限公司製作,此項目再過4個月就基本成型。

為何建在貴州?
       1995年,我國天文學家提出了在喀斯特窪地中建造500米口徑球麵射電望遠鏡的設想,並選址於貴州省黔南州平塘縣的大窩氹窪地。郭正興教授領銜的團隊,2011年參與到這個項目中。
      據了解,望遠鏡項目的選址工作早在1994年就開始了。中國科學院國家天文台的南仁東教授提出利用喀斯特窪地作為望遠鏡台址,開始了為期10餘年的預研究。
       郭教授解釋,選址貴州喀斯特地貌是因為那裏有很多天然形成的天坑,剛好適合“鍋”狀的望遠鏡。山區人煙稀少,也不受射頻信號的幹擾。四麵環山的地形形成了天然的反射麵,屏蔽了眾多人為信號的幹擾。
       此外,平塘縣位於貴陽市160-170公裏的距離,但是車程隻要4個小時,交通非常不便。郭教授指著選址地的複原圖說:“原來這裏有幾個住家戶。據說,這裏有的姑娘一輩子都沒有出過這座大山。”郭教授解釋,選址附近是沒有基站的,也不允許使用手機。因為這些信號都要遠遠強於來自宇宙的信號。這裏隻能通過固定電話和外界聯絡。

像織漁網一樣“織”口大鍋
       回憶起第一次看到望遠鏡施工地,郭正興教授依舊在感歎,“乖乖,太大了。”
       郭正興說,施工地點四麵環山,中間凹陷下去。射電望遠鏡的形狀本身就像一口大鍋,剛好能穩穩地架在山中,“絕對是難度空前的項目。”
郭正興說,當年有多個研究單位參與設計這架望遠鏡,有專家提議采用分離式技術,就像孩子玩拚插遊戲,把一塊塊材料組裝到一起。最終被采納的,是哈爾濱工業大學專家提出的“索網”方案,“也就是說,像編一張漁網一樣來造這口鍋。”
       南京火車站、江寧體育場、河西會展中心、東南大學體育館等建築,都是索結構的應用。郭正興教授領銜的團隊,在這方麵有豐富的經驗,這次他們的任務是織一張直徑達500米的網。
       郭正興介紹說,望遠鏡項目的工程施工階段由國家天文台牽頭,東南大學在該項目中作為技術支撐,“比以往任何一次都有挑戰。”
       要用6000根“毫米級”鋼索
       郭正興說,目前由滬寧鋼機承擔建造的環梁已經合龍,“這是望遠鏡項目一個非常關鍵的節點,環梁是這口鍋的支架。”
       今年5月,即將進入索網安裝階段,大約用時4個月。據了解,四麵環山的地形使得施工的難度大大增加。郭正興曾住在施工現場的活動板房,他用“毫米級”來形容望遠鏡項目的工程施工,“這些都是高精度的製作。”
       郭正興表示,通過測算,編織這張大網需要由特殊材料製作的6000多根鋼索,為了防止材料變形,鋼索必須在恒溫室裏製造。這是因為冬天製造的拉索和夏天製造的拉索因室溫不同長度會有偏差。為此,製造方專門造了一間恒溫室生產拉索。
索網安裝和反射麵麵板鋪設都采用空中作業,每根鋼索的位置測定後,偏差不能超過1厘米。“還會用上在南京長江四橋建造中使用過的貓道技術。”郭正興說。

“變形鍋”能觀測任意方位
       昨天,郭正興給揚子晚報記者播放了望遠鏡項目的宣傳片。
       宣傳片裏,6個支撐塔高高豎起,網格逐漸爬滿了“鍋”底,向上延伸“咬住”環梁,接著反射麵麵板一圈一圈鋪滿索網的空隙,一張巨大的網就織好了。
       織完巨網,剩下的就是安裝接受宇宙信號的饋源艙。饋源艙由6根拉索連接6個饋源支撐塔懸吊於反射麵麵板之上。
       模擬示意圖中,這口“大鍋”會動。郭正興解釋說,望遠鏡最大的特點是索網結構可以隨著天體的移動自動變化,帶動索網上活動的4400多個反射麵板產生變化,足以觀測到任意方向的天體。同時,饋源艙也隨索網一同運動,采集反饋信息。
       這口500米口徑的大“鍋”,是口名副其實的“變形金鍋”。“中科院國家天文台預期的使用年限是30年,測算出索網的變形次數是100多萬次。”郭正興說。
       最大射電望遠鏡可找外星人
       我國建造的世界最大望遠鏡究竟有哪些功能?直徑達到500米又意味著什麼?
       對此,郭正興解釋說,我國項目建成前,美國300米口徑Arecibo望遠鏡是世界最大。而我國的望遠鏡與之相比,綜合性能提高約10倍。
       中科院國家天文台射電部首席科學家李菂解釋說,我國的望遠鏡與美國望遠鏡都是整體固定在地麵上,但我國望遠鏡500米半徑的球麵是由4400多麵主動反射單元構成,這一個個小的反射單元可以進行對焦,因此靈敏度可達Arecibo望遠鏡的2倍,巡天速度是它的10倍。與號稱“地麵最大的機器”的德國波恩100米望遠鏡相比,中國的靈敏度提高約10倍。
       李菂還表示,我國望遠鏡的一個目標是探測外星人,但這不是主要科學目標。和發現“上帝粒子”的設備一樣,我國望遠鏡的主要目標不是在短期內實現經濟效益,而是要探測宇宙中的遙遠信號和物質。比如宇宙中間的氣體、微波激光以及脈衝星,實現對宇宙物質成分和演化曆史最基本的理解。

       射電望遠鏡簡介
       射電望遠鏡由定向天線或天線陣、饋電線、高靈敏度接收機和記錄儀等部分組成。天線或天線陣將收集到的天體電波,經過饋電線送到接收機上,接收機具有極高的靈敏度和穩定性,它將微弱的天體電波高倍放大後進行檢波,再將高頻信號轉變為低頻形式記錄下來。


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