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“天眼”FAST的骨架是怎樣編成的?

被閱讀1663次,日期:2016-07-14 15:49:58
       7月3日,全球最大單口徑射電望遠鏡——500米口徑球面射電望遠鏡(以下簡稱FAST),完成最后一塊反射面單元的吊裝。至此,“天眼”主體工程完工。利用柔性索網(wǎng)結(jié)構(gòu)幫助反射面變位,為“天眼”一大亮點,其鋼索網(wǎng)的編織是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

近30個足球場大小的反射面由一塊塊反射面單元鋪設(shè)完成。據(jù)中科院國家天文臺FAST工程總工藝師王啟明介紹,4450塊反射面板單元是FAST望遠鏡的重要組成部分。反射面索網(wǎng)則是“巨眼”的骨架,技術(shù)人員用鋼索編織了一個整體形狀似大鍋、帶有孔洞的巨網(wǎng),然后將一塊塊“鏡面”嵌進這些孔洞,最終形成反射面。

現(xiàn)在國際上大多數(shù)射電望遠鏡,都依靠機械式齒輪推動反射面轉(zhuǎn)向定位追蹤星象,而FAST則是依靠索網(wǎng)的柔性伸縮,幫助反射面實現(xiàn)對焦、定位與追蹤。王啟明說,幫助反射面變位的2000多個液壓促動器是通過伸縮實現(xiàn)精準(zhǔn)定位、協(xié)同運動的。這正是“天眼”的強大之處。

骨架的編織并非易事。反射面索網(wǎng)工程承接單位柳工歐維姆公司總經(jīng)理助理、FAST項目歐維姆總調(diào)度張升華說,“皮影戲的人偶每個關(guān)節(jié)都很靈活,那是因為用了柔軟的線去控制。如果改為鋼絲,那么人偶的活動恐怕就會變得僵硬。”

“要說這個項目難在哪?首先就是沒有什么經(jīng)驗可以借鑒。” 張升華介紹,比如連接6670根主索的2225個節(jié)點,每個節(jié)點都有一個坐標(biāo),也就是哪個點應(yīng)該在哪一個空間位置,必須按照這個坐標(biāo)施工,才可以保證整個索網(wǎng)的穩(wěn)定。坐標(biāo)的誤差范圍沒有數(shù)據(jù)可參考,只能根據(jù)總體設(shè)計要求來自己摸索。

再如,索網(wǎng)與反射面單元件連接的上部節(jié)點盤,一開始國家天文臺并沒有委托給歐維姆進行研究生產(chǎn)。然而,反射面的變位,與索網(wǎng)的伸縮息息相關(guān),最終他們承擔(dān)起了這個重任。“一個節(jié)點有6個自由度。”張升華說,但這6個自由度不是隨意變動的,有些要約束,有些不用,這些運動軌跡都要滿足索網(wǎng)的變形要求。為了達到這樣的控制,該單位花了兩年時間去研究節(jié)點盤,最終生產(chǎn)出了合格的產(chǎn)品。

“索網(wǎng)中一共有6670根主索,2225根下拉索,而在這8895根索中,同樣的索不會超過10根。”張升華說,用來制作索網(wǎng)的索,長度在10米—13米之間,長度、大小其實用肉眼根本分不出來。但是這8895根索,每一根都有它固定的位置、安裝順序,絕對不允許搞錯、搞反,這就是FAST對索網(wǎng)工藝的要求。

為了精益求精,歐維姆對每一根索都制作了“身份證”,即系統(tǒng)識別號,通過識別號來追溯索的安裝位置和順序。而安裝整個索網(wǎng),還有幾萬件的配件,這些配件都是“一個蘿卜一個坑”,哪件安裝在哪,也絕對不允許搞錯,為此,這些配件也都配備了識別號。

一根索差一毫米,累計下來就可能是幾十毫米甚至更大的偏差。從出廠開始,索網(wǎng)的索就必須平直運輸,不允許有任何彎折,為此,歐維姆還專門制作了運輸索的架子。據(jù)介紹,歐維姆此次擔(dān)任的FAST反射面索網(wǎng)工程,獲得了中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會科技進步特等獎,同時已被授權(quán)兩個發(fā)明專利,下一步,歐維姆還將繼續(xù)對索網(wǎng)的應(yīng)力和位移進行監(jiān)控。
                                                                                 (本文來源:科普中國網(wǎng))

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