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日志

探秘“观天巨眼”:柳州建世界最大射电望远镜

热度 1已有 196 次阅读2016-11-30 16:52 |系统分类:研发动态| 射电望远镜, 世界最大, 柳州

探秘“观天巨眼”:柳州建世界最大射电望远镜

中国科学院国家天文台500米口径球面射电天文望远镜(简称FAST)工程发射面索网制造和安装工程举行第一根索挂索仪式,本报记者受邀进入现场,有机会目睹正在建造中的世界最大单口径射电望远镜。今天,我们就来聊一聊这只“观天巨眼”的神秘之处,聊一聊柳州企业在这一浩大工程中奉献的尖端技术。柳州企业能参与这项可载入史册的天文工程,既是柳州企业的一次突破,也是柳州的骄傲。

群山合围

“大灶台”架“天眼”

7月17日一大早,记者随车从贵州省黔南州平塘县县城出发,沿着省道312赶往平塘县的克度镇。尽管标识的是省道,但也仅是两车道的盘山道路,沿途不断的急弯、陡坡,车子就在这崇山峻岭中行驶,重复着上山、下山、再上山、再下山的过程。地图显示县城到目的地的距离约100公里,车子却行驶了近3个小时。

FAST工程就建在克度镇一个叫“大窝凼”的山洼里,从克度镇镇上到施工现场还有约20公里路程,其中有一段7公里左右的道路,是专门为这个大工程改造扩建的山路,方便运输物资的车辆进出。进入到“大窝凼”,联通手机没有信号。据了解,原来那一带所有的手机都没有信号,后来在附近山头建立了通信基站,移动手机和电信手机目前能对外通话。施工人员介绍,FAST工程建成运行后,附近山头的通信基站也要拆除,整个工程周边5公里范围内对这些电磁信号是屏蔽的,因为即使是“微弱”的手机信号,也会对FAST工程的观测带来干扰,届时将采用固定电话进行通信。

这个叫“大窝凼”的山洼,极像一个天然的“大灶台”:施工点四周环山,而且山头的高度差不多,群山环绕内有一个凹下去的大山洼。按照规划图,500米口径球面射电天文望远镜的形状本身就像一口大锅,正好稳稳地架在这个“大灶台”上。

排洪隧道让“灶台”不积水

7月17日前后,贵州省全境都经历了一次强降雨过程,平塘县克度镇也下了大暴雨,然而当天记者所在的施工现场,没有看到有任何积水。

“该工程的排水系统非常完善,不会出现积水的情况!”中国中元国际工程公司管理部工程师席志忠介绍,当地的地形、气候等因素,专家们在选址时就已反复进行考察、论证。当地一年的降雨天数最多近200天,年降雨量也比较大,工程2011年刚开建,首先就是规划建设地下排水管网系统。

记者在现场看到,这个“灶台”从边缘至底部,都建有排水渠道,还有沿着“锅边”走的环形渠道,从山上流下来的雨水从这些渠道最后汇聚到底部的排洪隧道中,那这么多积水从排洪隧道排到哪里去?

“这个山洼的背后还有一个更大的山洼,这些积水通过排洪隧道,全部流到了那个山洼里!”席志忠介绍,从“灶台”底部挖了一个长约1.1公里的排洪隧道,通向外面的一个大山洼。“排洪隧道的大小可以通一辆大卡车,施工的时候打穿隧道,就是由卡车进出运土石方!”席志忠说,积水通过排洪隧道流向另一个山洼,而那个山洼与“大窝凼”山洼底部的落差有几十米,根本不用担心水会倒灌进来,工程的排洪设计达到50年一遇的洪水规模。

据了解,当初专家选址“大窝凼”,一个重大的考虑因素就是该处优良的排水性。

用索“织网”撑起“天眼”

据了解,FAST工程计划在2016年建成,目前还是基础设施建设,像规划图上显示的巨大的反射面还未现形,记者在现场看到,整个工程的重要一环——圈梁工程已经完成,这个圈梁在FAST工程中的作用,就如同人体的大骨架,它能略微勾勒出FAST工程未来的形状。

500米口径球面射电天文望远镜就像一口“锅”,这口“锅”的建设是一项非常浩大的工程,单就“锅沿”——圈梁工程就耗费钢材近5600吨。圈梁是一个直径达到500米的圆形钢架结构,由50个矗立在洼地周边的格构筑撑起来,看起来有些像过山车的轨道。FAST工程反射面就通过索网结构“吊”在圈梁上。通俗的说,这个圈梁有点像渔网上端的“钢圈”,可以把渔网支开成一个圆形。

柳州欧维姆机械股份有限公司承接的是FAST工程反射面索网制造和安装工程,通俗一点的理解就是:欧维姆以圈梁为架子,像蜘蛛织网一样用架“索”织出一张“大网”。索网工程完工后,施工方会将4400块的主动反射单元拼装在索网上,这样就组成了FAST工程球形反射面。

要把这张“大网”织好绝非一件易事。列几个数据给大家有个具体的认识:FAST工程反射面索网制造和安装工程,需要主索6670根,下拉索2225根,仅这些钢制索的总体重量就近1300吨。在施工工程中,索网安装工程分为5个区域,主索是“织网”,相当于搭架子撑起整个反射面。下拉索则与地面的地锚点连接,通过地锚点与索连接处的促动器带动整个索网结构“收缩”、“扩张”,从而带动4400多块的反射面板产生变化,这样就可以观测任意方向的天体。这就是说,FAST工程反射面不是不能动的“铁板一块”,它能随着观测需要变化方位。

FAST工程反射面索网制造和安装工程的索,全部都由柳州欧维姆制造,索的长度11米至12米,每根索都有几层防腐层。这8800多根索运输时不能挤压、变形,都是在柳州这边打包后,由10多米的半挂车一趟趟拉到平塘县的“大窝凼”施工现场,单单运完这8895根索,大概就需要近百个车次。

巨大索网

的“毫米”级技术

FAST工程是目前世界上在建的口径最大、技术最尖端、要求最严格的射电望远镜,FAST工程反射面有30个足球场大,而柳州欧维姆织出的这张“大网”面积也就有30个足球场那么大。但这张“大网”所用的索的精度,都是用“毫米”级来计算的。

“8800多根索,长度并不是都一样,从11米至12米都有,但每根索的长度都必须精确到正负一毫米,差不多一个指甲的厚度!”FAST工程反射面索网制造和安装工程项目总工程师张国强向记者介绍,国标是正负5个毫米都在及格范围,但由于FAST是高尖端工程,对整个索网结构就提出了更高的要求。一根索的长度长一点或短一点,它在整个索网机构中所受的力就不一样,这根索受力不一样,就会影响到与其连接的其他索的受力情况,多米诺骨牌效应进而会影响到整个索网结构的受力和安全性。

FAST工程对索网系统“500Mpa应力幅下200万次疲劳试验”的高标准,这是柳州欧维姆面临的又一个新挑战。这样的概念普通读者可能难以理解。柳州有很多斜拉桥,一般普通桥梁的索的应力幅在250Mpa,FAST工程索网的应力幅在这一指标上就要求高出一倍。再举个简单的例子解释“200万次疲劳试验”,就比如一根橡皮筋,把它拉伸10次,它可能不会断也不会变形,但是如果把它拉伸几百次、一千次,橡皮经就可能变形甚至断掉,而FAST工程索网系统经历200万次“拉伸”考验都能保持正常。

据了解,为了达到FAST工程这一高要求,柳州欧维姆用了整整3年时间进行探索和研发。

“观天巨眼”

可寻找外星文明

17日,FAST工程发射面索网制造和安装工程举行第一根索挂索仪式,索网安装只是整个工程的重要一环,后期的工程及其中的奥秘记者暂且无法得知。

站在施工现场,记者能感觉到这个工程的浩大,人站在这口“大锅”的“锅沿”,看在底部施工的工人就只有拇指大小,“锅沿”至“锅底”开了一条施工便道,开车下到底部需要7至8分钟,工人下到“锅底”施工,走路都需要15至20分钟。

作为国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一,FAST工程的投资是按亿元来计算的,那这么大一个工程有什么功能呢?

探索宇宙一直以来都是人类的梦想。射电望远镜依靠接收天体发出的无线电波来工作,如果说在宇宙中遥远的某个恒星上有理性社会及文明存在,他们的活动所产生的无线电波就会自觉不自觉地向外发送,并很可能会传到地球。如果我们在地球上建立了这种电磁波的接收装置,就有可能接收到外星射电波,从而获得地外文明存在的信息。

FAST工程是目前世界上在建的口径最大、技术最尖端、要求最严格的射电望远镜,其综合性能要比美国300米口径Arecibo望远镜提高约10倍。FAST工程将人类的视界延伸到宇宙,看到更遥远的太空。

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