最大“天眼”是如何煉成的

王麗+駱飛+李驚亞

2016年7月2日，F(xiàn)AST吊裝最后幾塊反射面板

7月3日在貴州平塘架設(shè)完成的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，猶如一只瞄向外太空的“超級(jí)天眼”。

“超級(jí)天眼”可謂超級(jí)工程。數(shù)千科學(xué)家、工程師和建設(shè)者們深扎山谷，用近兩千個(gè)日日夜夜精雕“眼窩”、勾勒“眼底”、密布“神經(jīng)”、點(diǎn)睛“眼珠”，靠智慧頭腦和精湛技藝雕琢出深邃“天眼”。

常規(guī)機(jī)械設(shè)備都無能為力

“在這里，再高的吊車也望塵莫及、再長(zhǎng)的臂手也鞭長(zhǎng)莫及！”回顧建設(shè)歷程，國家天文臺(tái)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程總工藝師王啟明對(duì)記者說，射電望遠(yuǎn)鏡的建設(shè)施工量比不上機(jī)場(chǎng)或高鐵站，但極其特殊的地形條件卻帶來巨大的施工難度，高度、跨度、坡度、斜度讓常規(guī)機(jī)械設(shè)備在這里顯得無能為力、一籌莫展。

如何在直徑500米、落差150米的喀斯特洼地里建設(shè)一個(gè)既穩(wěn)定、又靈敏的超級(jí)“天眼”，科學(xué)家和工程師們費(fèi)足了腦筋，不斷探索，最終“索網(wǎng)”結(jié)構(gòu)勝出，它既能穩(wěn)定支撐，又能讓“天眼”工作時(shí)跟隨天體轉(zhuǎn)動(dòng)，跟蹤掃描射電源。

中國大射電望遠(yuǎn)鏡的索網(wǎng)是目前世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也是世界上第一個(gè)采用變位工作方式的索網(wǎng)體系。王啟明說，反射面單元面板將固定在上萬根鋼索上，安裝完成后整個(gè)反射面其實(shí)是懸在半空中的，螺旋狀公路一直通達(dá)“凼”底，供車輛和人員維護(hù)設(shè)備時(shí)通行。走入望遠(yuǎn)鏡底部，索網(wǎng)猶如一個(gè)由鋼索織就的巨大“網(wǎng)兜”，緊緊支撐和保護(hù)著反射面板。

十幾米長(zhǎng)的索，誤差不準(zhǔn)超過1毫米

中國大射電望遠(yuǎn)鏡的目標(biāo)，是把覆蓋30個(gè)足球場(chǎng)的信號(hào)，聚集在藥片大小的空間里，不如此，就無法監(jiān)聽到宇宙中微弱的射電信號(hào)。

龐然大物要實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)精度，挑戰(zhàn)前所未有。

“這里不僅有施工監(jiān)理，還有專門的材料監(jiān)造，就是確保每一個(gè)用材都能毫厘不差。”王啟明說，十幾米長(zhǎng)的索，誤差不準(zhǔn)超過1毫米，生產(chǎn)流程必須用恒溫裝置，確保所有材料是在20攝氏度溫度場(chǎng)生產(chǎn)的。

公里尺度的鋼索支撐體系，位姿精度卻在毫米級(jí)。大連華銳重工集團(tuán)高級(jí)工程師武榮陽說，觀測(cè)天體時(shí)因?yàn)榈厍蛴凶詡鳎枰a(bǔ)償?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)。饋源艙直徑13米，位姿精度誤差不能超過48毫米，角度不超過1度。

“六根索拉著饋源艙移動(dòng)，48毫米的位姿精度仍不能確保望遠(yuǎn)鏡指向精準(zhǔn)。”中國電子科技集團(tuán)第五十四研究所高級(jí)工程師鄭元鵬說，饋源艙內(nèi)安裝了并聯(lián)機(jī)器人用于二級(jí)調(diào)整，最終調(diào)整定位精度為10毫米。

要能靈敏觀測(cè)浩瀚星空，拼裝面板子單元邊界的精準(zhǔn)定位是首要問題。科研人員為此專門設(shè)計(jì)的定位夾具，它能對(duì)每塊面板的水平位置以及軸向高度進(jìn)行精準(zhǔn)定位，每個(gè)等邊三角形交點(diǎn)孔位精度保持在0.1毫米至0.15毫米。

頭發(fā)絲粗的縫隙都不行

沒有經(jīng)驗(yàn)可借鑒，望遠(yuǎn)鏡建設(shè)中遇到一道又一道關(guān)卡，但是，工程研究人員卻經(jīng)歷了無數(shù)次失敗，失敗了重來，再失敗再重來，每一道關(guān)卡都要經(jīng)過千錘百煉的反復(fù)試驗(yàn)。

“90后”年輕的反射面吊裝技術(shù)指導(dǎo)張曉佳來自武船重工集團(tuán)，他說，4450塊反射面板分為30層，雖然形狀都是看似一樣的三角形，但角度、大小卻千差萬別。大跨度纜索吊裝，吊具要經(jīng)過反復(fù)設(shè)計(jì)、比對(duì)和試驗(yàn)，才能確保嚴(yán)絲合縫。

宇宙空間混雜各種輻射，遙遠(yuǎn)的信號(hào)就像雷聲中的蟬鳴，沒有超級(jí)靈敏的耳朵就分辨不出來。武榮陽說，為了確保望遠(yuǎn)鏡不受到任何磁場(chǎng)的干擾，僅對(duì)施工設(shè)備的電磁防護(hù)就花了半年多時(shí)間做試驗(yàn)，從塔底到塔頂做了四五套方案。“頭發(fā)絲粗的縫隙，都有可能讓干擾信號(hào)跑出去”，反復(fù)試驗(yàn)是為了確保萬無一失。

“從技術(shù)到材料，基本上都是國產(chǎn)化，既是中國制造，更是中國創(chuàng)造。”王啟明說，中國大射電望遠(yuǎn)鏡創(chuàng)造了很多奇跡，更體現(xiàn)了我國自主創(chuàng)新能力，推動(dòng)我國在天線制造技術(shù)、微波電子技術(shù)、并聯(lián)機(jī)器人、大跨度結(jié)構(gòu)、公里范圍高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量等眾多高科技領(lǐng)域的發(fā)展。