解讀65米射電望遠(yuǎn)鏡

坐落于中國科學(xué)院上海天文臺(tái)佘山觀測(cè)基地的觀天巨眼—65米射電望遠(yuǎn)鏡，其總體性能名列全球第四、亞洲第一。建設(shè)大型射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，是一個(gè)國家整體科技實(shí)力的體現(xiàn)。該望遠(yuǎn)鏡的建立，標(biāo)志著我國射電天文觀測(cè)設(shè)備建設(shè)邁上了一個(gè)新臺(tái)階。

雄偉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在碧藍(lán)色天空的映襯下，65米射電望遠(yuǎn)鏡顯得十分雄偉壯觀。望遠(yuǎn)鏡高70米、重約2700多噸，采用的是修正型卡塞格倫反射系統(tǒng)，全可動(dòng)型，能在方位和俯仰兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。望遠(yuǎn)鏡主要由以下幾個(gè)部分組成：輪軌機(jī)構(gòu)、天線支架、俯仰機(jī)構(gòu)、主反射面、副反射面、饋源、接收機(jī)系統(tǒng)。

輪軌機(jī)構(gòu)的軌道直徑為42米，軌道上有6組共12個(gè)滾輪驅(qū)動(dòng)天線在方位方向轉(zhuǎn)動(dòng)。俯仰機(jī)構(gòu)重達(dá)416噸。天線主反射面共有1008塊面板，分成14環(huán)拼裝而成，單塊面板最大面積為4.9平方米，最小為2.66平方米，總面積為3780平方米（相當(dāng)于9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)），每塊面板單元精度達(dá)到0.1毫米，代表了國內(nèi)大尺度高精度面板設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的最高水平。每個(gè)面板下邊都裝有促動(dòng)器，共1104臺(tái)，每臺(tái)促動(dòng)器都經(jīng)過高低溫環(huán)境測(cè)試、電磁兼容性測(cè)試、抗干擾能力測(cè)試、抗浪涌能力測(cè)試等一系列測(cè)試。天線副反射器總重20噸，4根支撐桁架底部對(duì)角跨距長50米。65米射電望遠(yuǎn)鏡共有8個(gè)接收波段，是我國目前擁有的射電望遠(yuǎn)鏡中波段最全的一臺(tái)。

小知識(shí)

射電望遠(yuǎn)鏡是由它的工作波段而得名的，其工作原理與我們熟悉的光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡有所不同：射電望遠(yuǎn)鏡接收由天體發(fā)出并通過望遠(yuǎn)鏡主反射面反射到副反射面上，再由副反射面聚焦到焦平面上的無線電波，由裝在焦平面上的接收機(jī)將無線電波加工、轉(zhuǎn)化成可供記錄、顯示的形式，由終端設(shè)備將其記錄下來，按特定的要求進(jìn)行處理后顯示出來。

令人矚目的技術(shù)創(chuàng)新

1.擁有高精度主反射面，整個(gè)65米口徑拋物面全部采用高精度實(shí)面板，單塊面板精度為0.1毫米，經(jīng)主動(dòng)面控制系統(tǒng)調(diào)整后整個(gè)主反射面精度可達(dá)到0.3毫米。

2.工作波段多、工作頻率高、接收頻帶寬，該望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)配備8個(gè)波段的接收設(shè)備，包括了3個(gè)航天通用的S、X和Ka波段。最低觀測(cè)頻率為1.4GHz，最高觀測(cè)頻率為43GHz。

3.采用先進(jìn)的主動(dòng)面技術(shù)，該技術(shù)是目前世界上面板調(diào)整領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)。采用該技術(shù)能通過每塊面板下的促動(dòng)器實(shí)時(shí)調(diào)整每塊面板的位置，達(dá)到最優(yōu)的接收反射面，獲得最大的接收效率。通過促動(dòng)器的調(diào)整，在一定程度上避免由俯仰角度、溫度、風(fēng)等因素的影響產(chǎn)生的天線面變形。

4.擁有快速更換觀測(cè)頻率系統(tǒng)，通過副反射面偏轉(zhuǎn)或由一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)換饋源來實(shí)現(xiàn)快速更換觀測(cè)波段，更換時(shí)間小于1分鐘。

5.采用無縫軌道焊接技術(shù)，屬國內(nèi)首次。直徑為42米的軌道由30段單軌組成，采用無縫焊接技術(shù)全焊接而成，軌道整體平面度達(dá)到0.45毫米，為天線軸系統(tǒng)精度奠定了基礎(chǔ)。

6.安裝高靈敏度的制冷接收機(jī)，將接收機(jī)設(shè)備安置在溫度非常低的高真空的杜瓦瓶?jī)?nèi)，最大程度地減少來自接收機(jī)自身的熱噪聲，使接收機(jī)的靈敏度達(dá)到最高。

7.具有高精度的時(shí)頻系統(tǒng)，采用高頻率穩(wěn)定度的氫原子鐘為頻率基準(zhǔn)。

8.安裝高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，該設(shè)備由上海天文臺(tái)研發(fā)，是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的VLBI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最高采樣率達(dá)到每秒1千兆比特。

廣闊的應(yīng)用前景

2012年10月26日下午，65米射電望遠(yuǎn)鏡在18厘米波段成功開展了首次試觀測(cè)，標(biāo)志著望遠(yuǎn)鏡機(jī)電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為下一步開展天文實(shí)驗(yàn)和科研工作打下了良好的基礎(chǔ)。該望遠(yuǎn)鏡在航天工程應(yīng)用中將發(fā)揮舉足輕重的作用，它的建成將顯著提升我國深空探測(cè)能力，為嫦娥探月二期工程、三期工程、載人航天、火星探測(cè)工程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為深空探測(cè)等國家重大戰(zhàn)略需求做出探索性的觀測(cè)研究。

除此之外，在射電天文、天文地球動(dòng)力學(xué)和空間科學(xué)等多種學(xué)科中，該望遠(yuǎn)鏡已成為我國乃至世界上一臺(tái)主干的觀測(cè)設(shè)備，為這些學(xué)科的研究提供必要性保障。利用該望遠(yuǎn)鏡可以和國際組織展開廣泛的合作交流等，極大地提升我國科研領(lǐng)域在國際上的地位。

想一想

如此巨大的望遠(yuǎn)鏡和你們家里的衛(wèi)星接收天線有什么區(qū)別？65米射電望遠(yuǎn)鏡在深空探測(cè)里具體起什么樣的作用？

（資料來自上海天文臺(tái)）