点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:为“地球巨眼”装上“中国之眸”
首页> 科技频道> 头版 > 正文

为“地球巨眼”装上“中国之眸”

来源:光明日报2023-09-21 10:26

  SKA首台中频天线研制成功后正式吊装。本报记者崔兴毅摄/光明图片

   9月20日,中国电科牵头研制的全球最大射电天文望远镜阵列首台中频天线在位于河北石家庄的中国电科网络通信研究院正式吊装。这是国际大科学工程平方公里阵列射电望远镜项目(以下简称“SKA”)进入建设阶段以来建成的首台天线,标志着中国在SKA核心设备研发中发挥了引领和主导作用。

   “SKA将为人类认识宇宙提供重要机遇,开启人类探测宇宙的新纪元。”中国电科首席科学家郑元鹏表示,SKA肩负着人类了解宇宙和生命奥秘的使命,将致力于揭示全球各国和人类共同关心的一些基本问题,如探测宇宙、星系的起源和演化,寻找更多的星系,探寻孕育生命的新摇篮,搜索外星生命等。

  “地球巨眼”洞悉宇宙奥秘

   “SKA项目始于20世纪90年代初,是人类有史以来在建的最大综合孔径射电望远镜,也是多国合作、共同出资的国际大科学工程。”中国电科网络通信研究院总监马英昌介绍,全球约20个国家上百所大学和科研机构的天文学家与工程师参与项目研发,其组成阵列的射电望远镜总接收面积达1平方公里,相当于140个足球场的面积。

  据了解,SKA在澳大利亚、南非等8国设有台址,在约3000公里的广袤荒野,将建设约3000面天线,组成1平方公里大的“地球巨眼”,静伏于地球表面观测宇宙深处最神秘的声音。SKA天文台宣传外联部主任威廉·加尼尔告诉记者,作为人类历史上建造规模最大的射电望远镜,SKA建成后将成为地球上最大的科学设施,比目前最大的射电望远镜阵列灵敏度高50倍,巡天速度高10000倍。

   “中国电科网络通信研究院作为SKA天线结构工作包联盟的牵头单位,联合来自南非、意大利等国的科研及工业机构,将共同完成SKA天线结构工作包天线的建设任务。”马英昌说。

  “听音辨位”汇聚创新结晶

  对宇宙目标“精准画像”,除了得天独厚的站址条件外,还要准确地“听音辨位”——这就需要较高的灵敏度和指向精度,还得屏蔽电子设备的电磁辐射干扰,让天线更加专注于宇宙目标。

   上述要求离不开集多种关键技术于一身的SKA中频天线。

   SKA中频天线结构项目总设计师杜彪介绍,SKA中频天线对效率与波束变形、指向精度、电磁屏蔽与电磁兼容等核心关键指标提出了极高要求,带给设计与研发的挑战前所未有。“为满足高电磁兼容性和高指向精度的世界性技术难题,我们对伺服控制系统设计、动态仿真、标校、调试、测试方法和验证等一系列关键技术开展攻关,完成了高电磁兼容性伺服控制系统的设计、加工和集成工作。”

  据悉,SKA中频天线的伺服控制系统需要满足高电磁屏蔽指标,才能实现高灵敏度观测。同时,采用全数字高精度伺服驱动控制设计及高精度座架和天线结构的保型设计,从而实现千分之三度的高指向精度。当接收到观测指令时,分布在上千公里范围的几千面天线将精确地同步对准同一观测目标,持续同步跟踪观测,实现最大的接收效率。

   SKA中频天线中心区域阵列建在南非卡鲁地区,属于干旱台地高原,因此天线的运输、集中建设、运行、后期维护等都成为技术人员需要重点考虑的问题。“针对批量化建设、沙漠环境安装集成以及使用维护的特点,为了便于运输与组装,我们对天线反射体、座架、方位俯仰机构和轴承进行了模块化设计,各模块部件像积木一样易于拆装。驱动器、电机、减速机等结构则被设计为现场可更换单元,无需返场维护,便于设备维护。”SKA中频天线结构项目负责人王大为说。

  精益求精探寻技术极致

   SKA中频天线是一台15米口径的赋形双偏置格里高利天线,天线反射体由主反射体、副反射体、换馈机构和支臂构成。“天线主反射体采用高精度空间网架结构和三角形铝合金面板材质,在实现高精度的同时,也便于维护和快速安装。”SKA中频天线结构项目设计师杨晋蓉介绍,“我们的面板精度达到0.03~0.1毫米,面形精度优于100微米,还不及两根头发丝的厚度,代表了国内面板设计与制造的最高水平。”

   高精度要求的背后,是每一个安装环节的极致精密。

   SKA中频天线的背架是空间网架结构,采用螺栓球与拉杆螺连的方式安装。SKA中频天线结构项目工艺师王建永介绍,一面天线上有100余个螺栓球、300余根拉杆,100余个螺栓球上的螺孔数量不尽相同,最多可达12个,而且每个螺栓球上的螺孔角度都是唯一的。“也就是说,每个螺栓球在15米×18米×3米的网架中的位置是唯一的,每个螺孔装哪根拉杆也是唯一的。”

  如此精密的位置要求,哪怕有一粒小米大小的误差,也会装不上去。为快速、精确完成安装与拆卸,工艺师们经过几十次试验,构建出4个计算模型,并反复研究装配流程,历经2个多月才完全掌握最佳安装方法。“那段时间,脑子里全是螺栓球和拉杆,整天都在琢磨,连做梦都想着。”王建永说。

   SKA天线底座的内部有一个设备舱,用来安装望远镜所有电子设备。由于设备运行会产生电磁辐射,为降低辐射对天线的影响,设备舱需要较强的电磁屏蔽性能。

   “考虑到天线是在沙漠环境中工作的,要留通风孔用于散热,还要留进出电缆的通道、人维护的空间……别看空间不大,里面却容纳了非常多的设备。如何布置,如何实现电磁屏蔽性能,绝对是个大挑战!”电磁屏蔽舱研制技术负责人窦玉超感慨。

  最终,团队经过反复论证,结合每台设备的功率、发热量等进行合理布局。“光是大的方案调整就有四五次,微调更有几十次,我们用了1年时间才找到最优方案。”窦玉超说,找到技术最优解,是团队始终的追求。

   (光明日报记者 崔兴毅)

[ 责编:战钊 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 喜迎新年

  • 奋力冲刺“全年红”

独家策划

推荐阅读
2024年,中国制造业顶压前行、向新向优,制造强国发展指数与德国和日本处于同一区间,进入全球制造强国第二阵列,成为继美国、德国、日本后第四个迈入全球制造强国行列的国家。
2025-12-31 08:56
突破性成果勾勒出我国高水平科技自立自强的清晰轨迹。
2025-12-31 08:58
“预计元旦期间,我国大部地区降水较弱,但中东部将出现显著降温,南方地区湿冷感明显。
2025-12-31 09:12
12月30日,中国气象局召开新闻发布会,专题发布《全球气象发展报告2025》(以下简称《报告》),呈现2024年全球气象发展态势。
2025-12-31 09:04
北斗三号全球卫星导航系统组网阶段的主要目标是把卫星建好,运行阶段的主要目标则是管好、用好。
2025-12-31 09:03
光明日报北京12月29日电 记者姚亚奇29日从国家林草局获悉,“十四五”期间,我国采取有力措施,加快推进林草种苗振兴,收集保存林草种质资源14.74万份,较“十三五”末增长180%,我国重要乡土树种草种和珍稀濒危林草种质资源得到有效保护。
2025-12-30 09:23
由自然资源部南海生态中心联合相关单位共同编制的《黄岩岛珊瑚礁生态调查报告》29日在京发布。报告基于船舶走航、潜水调查、卫星航空遥感、原位观测等方式,结合历史数据分析,对黄岩岛珊瑚礁生态状况进行了调查评估。
2025-12-30 09:23
松花江畔,风机和光伏正齐齐出力,一端是新能源电力源源不断产出;另一端,化工装置稳定运行,“绿色石油”涌流而出。
2025-12-30 09:37
执行中国第42次南极考察任务的“雪龙”号极地科考破冰船于北京时间29日顺利抵达秦岭站海域,并开展卸货作业。
2025-12-30 09:32
研究人员在火星发现了适合人类探索的浅层水冰的痕迹。研究团队借助高分辨率轨道影像,对火星地貌进行了研究,并在中纬度的亚马孙平原发现了埋藏深度不足1米的冰痕迹。易获取的冰能够让宇航员在火星长期生存与工作期间,制备饮用水、可呼吸的氧气、燃料及其他必需品。
2025-12-30 09:27
截至12月28日,新疆油田2025年二氧化碳注入量突破100万吨,成为我国首个实现年注碳百万吨的油田。”新疆油田公司执行董事、党委书记石道涵介绍,油田年注碳量从2022年的12.6万吨跃升至2025年的100万吨,已累计注入二氧化碳超200万吨。
2025-12-30 09:26
12月26日,我国首个覆盖6种轮状病毒血清型的六价轮状病毒疫苗在湖北武汉完成首剂接种。
2025-12-29 10:23
美国哈佛—史密森尼天体物理中心天文学家利用美国国家航空航天局(NASA)的哈勃空间望远镜,首次观测到围绕年轻恒星运行的迄今最大原行星盘——IRAS 23077+6707。
2025-12-29 10:10
2025年12月27日0时07分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射风云四号C星(03星),卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2025-12-29 10:07
中国科学院空天信息创新研究院研究员王振友团队联合四川省文物考古研究院等机构的科研人员,自主研制了显微时间门控拉曼光谱仪,并利用该仪器对三星堆出土的4块象牙碎片进行无损检测,揭示了象牙在长期地质作用下的老化过程。
2025-12-29 10:01
近期,工信部发布《场景化、图谱化推进重点行业数字化转型的参考指引(2025版)》,聚焦14个重点行业,绘制企业数字化转型“场景导航图。
2025-12-29 09:59
当日,石景山区AI for Science平台正式上线,该平台由枫清科技携手火山引擎联合打造,以AI驱动科研机构与企业的科研效率革新,降低科研门槛。
2025-12-27 20:21
记者25日从国防科技大学获悉,该校磁浮团队近日在磁悬浮试验中,成功在两秒内将吨级试验车加速至700公里/小时。测试速度打破了同类型平台全球纪录,成为全球最快的超导电动磁悬浮试验速度。
2025-12-26 10:08
12月24日,中国科学院重大科技基础设施“载人潜水器与海上作业母船”用户委员会2025年度会议披露:我国“深海勇士”号、“奋斗者”号、“蛟龙”号三大载人潜水器全年完成314次深潜,累计下潜总量达1746次,2026年将向2000次目标稳步迈进。
2025-12-26 10:05
日前,国家自然科学基金委员会在北京召开国家自然科学基金首批重大非共识项目遴选会议,标志着重大非共识项目正式启动试点。国家自然科学基金委员会将深入实施并持续优化重大非共识项目遴选机制,引导广大科研人员聚焦高水平原创性科研工作狠下功夫。
2025-12-26 09:59
加载更多