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

  • 黑颈鹤飞抵云南大山包越冬

  • 缤纷冬日

独家策划

推荐阅读
中国科学技术大学教授潘建伟、朱晓波、彭承志、龚明等与山西大学教授梅锋等合作,基于可编程超导量子处理器“祖冲之二号”,首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相。
2025-12-01 09:33
在距离海平面千米的深海,阳光无法抵达,海水冰冷,压力极大。然而,在环境极端的“海底沙漠”中,却生长着形态各异、结构复杂的深海珊瑚,构建起生机勃勃的海底“秘密花园”。
2025-12-01 09:32
推动科技创新和产业创新深度融合,是加快发展新质生产力、建设现代化产业体系的内在要求,也是塑造高质量发展新动能新优势的战略抉择。
2025-12-01 09:23
红小豆又名赤豆、小豆,是中国老百姓餐桌上一种颇受欢迎的杂粮,但科学家对其基因组的了解还不够深入。
2025-12-01 09:23
在“梦想”号问世之前,中国科学家想要开展深海大洋钻探研究,只能“借船出海”。
2025-12-01 09:22
11月28日晚,2025中国・E-TOWN电竞节超级冠军杯开幕式在位于北京经济技术开发区(又称“北京亦庄”)的北京智慧电竞赛事中心举行。
2025-11-28 20:51
加强重点液态食品道路散装运输监管,守护“舌尖上的安全”;督促连锁餐饮企业落实食品安全主体责任,规范一些连锁餐饮企业“只开店、不管店”问题;“旧国标”电动自行车全面停售……12月新规,一起来看!
2025-11-28 17:11
从神舟二十号乘组换乘返航的刷屏热搜,到“太空烧烤”的温情热议;再到“十五五”期间中国计划发射4颗科学卫星任务……近期中国航天事业的新进展层出不穷。
2025-11-28 09:15
人工智能是引领新一轮科技革命和产业变革的战略性技术,其标准化建设直接关系到关键核心技术自主可控、智能成果普惠于民以及在全球科技治理中赢得话语权。
2025-11-28 05:00
在黑龙江省齐齐哈尔市甘南县东阳镇隆胜村树莓园,凛冽寒风中,东北农业大学园艺园林学院教授霍俊伟正蹲在田埂上仔细查看果树修剪情况。
2025-11-28 05:00
11月27日,国家文物局在京召开专题新闻发布会,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副所长付巧妹向媒体介绍了石峁遗址最新科学研究成果。
2025-11-28 05:00
日前,中国科学技术大学自旋磁共振实验室王亚教授等与浙江大学海洋精准感知技术全国重点实验室合作,在纳米尺度量子精密测量领域取得重大突破
2025-11-28 05:00
近日,在广西南宁举行的全国科普创作大会上,中国科普作家协会发布了2025年度十大科普热词——全国科普月、科学家精神、大模型、低空经济、人形机器人、智能体、创新文化、工业遗产、场景创新、科幻产业。
2025-11-27 05:40
近期,在一些电商平台,有买家利用AI技术制作假图,伪造商品质量问题,向商家骗取“仅退款”,引发大家关注。利用AI造假骗取退款,既反映出这些人的诚信缺失,更触碰了法律红线。
2025-11-27 09:07
在城市公共服务领域,“祥云”载人飞艇可用于大型活动期间的空中安保巡逻、交通流量监测或承担城市形象的空中展示平台。
2025-11-27 09:06
稀土纳米晶是发光材料中的“绝缘宝石”,虽具有巨大的发光潜力,却因自身局限无法被电流直接“点亮”,成为其实现光电技术产业化应用的根本瓶颈。
2025-11-27 05:40
从中国载人航天工程办公室获悉,因任务规划调整,2026年我国将组织实施天舟十号、神舟二十三号、神舟二十四号、梦舟一号4次飞行任务。
2025-11-27 05:40
广西梧州苍梧县沙头镇龙科村,稻田、房屋、道路、小河勾画出美丽丰收画卷。 春采茶、夏摘花、秋收果、冬育苗,如今在都镇湾镇,一朵朵洁白芬芳的栀子花,成了带动群众增收致富的“幸福花”。
2025-11-27 07:38
近日,自然资源部发布了矿产资源节约与综合利用先进适用技术目录(2025年版),共有376项技术入选,其中新增入选186项,与2022年版相比有了大幅更新。
2025-11-26 10:26
全国科学技术名词审定委员会近日举办2025年度工作会议暨学术年会。
2025-11-26 10:24
加载更多