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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平会见瑞士联邦主席帕姆兰

  • 中国共产党第二十届中央委员会第五次全体会议在京举行

独家策划

推荐阅读
记者詹媛29日从中国汽车工程学会了解到,该学会日前发布了《2027年度中国汽车十大技术趋势》。这份凝聚共识的行业“风向标”提示,明年,汽车的电池会更强、芯片更自主、“硬科技”使用更多,且能减少堵车。
2026-10-30 09:51
如果说户外运动项目是产业发展的根系,选对项目之后还要让它根往深里扎,让项目发展的更有质量。户外运动产业的高质量发展,体现于一个个鲜活的户外运动项目及项目产业的健康成长,根深方能叶茂,户外运动产业才能行稳致远。
2026-10-30 09:49
生态环境部29日公布的全国地表水环境质量状况显示,今年1月至9月,全国地表水Ⅰ至Ⅲ类水质比例为86.1%,同比上升1.7个百分点;劣Ⅴ类水质比例为0.8%,同比下降0.4个百分点。
2026-10-30 09:50
脑膜边界的免疫细胞还会“监控”蛋白清除过程,并促成免疫耐受反应,避免免疫系统误伤大脑自身组织。在正常生理状态下,这一多通路清除系统与蛋白生成之间保持动态平衡。在此背景下,恢复或增强脑内蛋白清除通路的功能成为值得关注的方向。
2026-10-30 09:59
深秋的陕北,天高云淡。记者走进陕西省榆林市佳县方塌镇圪崂湾村现代农业示范园,联排的大棚在黄土高原的沟峁间依次排开。棚内葡萄藤上挂满沉甸甸的果实,工人们正忙着采摘、分选、打包。
2026-10-30 09:56
北京大学地球与空间科学学院教授江大勇领衔的三叠纪国际合作研究团队与贵州省地质博物馆合作,在贵州关岭三叠纪晚期地层中发现两栖类新物种海异螈。
2026-10-30 09:50
“数字乡村是乡村振兴的战略方向,是建设网络强国、农业强国的重要内容。”中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江表示。“十五五”时期数字乡村怎么建?记者就此采访了相关专家,梳理数字乡村建设的发力方向。
2026-10-29 09:56
突然口角歪斜、一侧肢体无力、说话含混,或眩晕、行走不稳、视物异常,都可能是脑卒中的信号。赵文博提醒,等待症状自行缓解、未拨打120而自行送医、仅凭血压高低判断是否发生卒中,以及忽视不典型症状,都是脑卒中急救的常见误区。
2026-10-29 09:58
在创新决策方面,应发挥企业洞悉市场需求、产业需求的优势,研判未来产业走势,强化关键问题凝练,让企业当好“出题者”。构建以科技领军企业为牵引、大中小企业融通共生的创新生态,打造高水平产业集群,是驱动引领未来产业高质量发展的基石。
2026-10-29 09:52
一边是批量产出的“成果”,一边是说“不”的数学界。这场“冲突”让人不得不追问:数学真正在意的究竟是答案还是过程?一份通过了验证却无人能道出所以然的证明,算不算数学的收获?AI闯入数学,二者之间是取代、叠加,还是互相成全?
2026-10-29 09:51
近年来,不少资源型地区加快转型步伐,因地制宜探索利用型修复新模式,对资源开发中形成的退化土地、废弃矿坑、污染水体展开系统治理。
2026-10-29 09:44
10月26日,国家药监局批准全球首个活化凝血因子XI(FXI)抑制剂阿舒克森片(商品名:舒华博)上市,用于降低缺血性卒中或高风险短暂性脑缺血发作(TIA,又称“小中风”)成人患者的卒中风险,不包括心源性栓塞型卒中患者。
2026-10-28 10:18
超市里的肉,颜色看着挺好,但它真的新鲜吗?答案远非肉眼能及。
2026-10-28 10:05
算法依赖云端数据,也把隐私风险从个人终端延伸到平台和云端,成为无法回避的公共议题。分层定价应遵循公开、可解释的商业逻辑;算法越了解消费者,平台越应以此维护公平、保护隐私。
2026-10-28 09:42
近年来,河北省唐山市丰南区将发展特色农业作为富民兴农重要抓手,大力发展麻山药、白萝卜等特色农作物种植,并推行标准化管理,促进农业增效、农民增收,助力乡村振兴。图为10月26日,唐山市丰南区小集镇的农民在田间收获麻山药。
2026-10-28 09:44
生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计。我国高度重视生态环境犯罪的立法和司法,使包括环境污染、生态破坏、资源滥用在内的生态环境犯罪罪刑规范不断完善。
2026-10-28 09:43
联合国教科文组织打造技能供给的普惠发展底座,世界技能组织则以世赛为全球性平台,逐级检验多层次培养方式的效度。可以说,世赛既是推动技能普惠发展、标准互认对齐的过程,更是提升技能人才培养质量的有力抓手。
2026-10-27 09:43
在极端天气阻断鸟类天然觅食通道之时,由专业机构实施救助性补饲,是必要的保护措施。从管理实践看,人工投喂行为需要科学评估、分类施策,而我国的制度供给正不断完善。
2026-10-27 09:46
江苏苏州深耕健康城市建设,将健康医疗服务能力水平列入全市高质量发展综合考核,把体教融合、体卫融合、食品安全保障等内容增至健康中国行动重点任务中;新华社发  “北京密云区联合北大第一医院设立了全科医师综合能力培养项目,我是第二批培训学员。
2026-10-27 09:44
10月23日,国家统计局社科文司《中国创新指数研究》课题组发布的2025年中国创新指数测算结果显示:2025年中国创新指数达到185.5(以2015年为100),比2024年增长6.4%,增幅较上年提高1.1个百分点。
2026-10-27 09:53
加载更多