最大“天眼”是如何煉成的

王麗+駱飛+李驚亞

2016年7月2日，F(xiàn)AST吊裝最后幾塊反射面板

7月3日在貴州平塘架設完成的500米口徑球面射電望遠鏡，猶如一只瞄向外太空的“超級天眼”。

“超級天眼”可謂超級工程。數(shù)千科學家、工程師和建設者們深扎山谷，用近兩千個日日夜夜精雕“眼窩”、勾勒“眼底”、密布“神經(jīng)”、點睛“眼珠”，靠智慧頭腦和精湛技藝雕琢出深邃“天眼”。

常規(guī)機械設備都無能為力

“在這里，再高的吊車也望塵莫及、再長的臂手也鞭長莫及！”回顧建設歷程，國家天文臺500米口徑球面射電望遠鏡工程總工藝師王啟明對記者說，射電望遠鏡的建設施工量比不上機場或高鐵站，但極其特殊的地形條件卻帶來巨大的施工難度，高度、跨度、坡度、斜度讓常規(guī)機械設備在這里顯得無能為力、一籌莫展。

如何在直徑500米、落差150米的喀斯特洼地里建設一個既穩(wěn)定、又靈敏的超級“天眼”，科學家和工程師們費足了腦筋，不斷探索，最終“索網(wǎng)”結構勝出，它既能穩(wěn)定支撐，又能讓“天眼”工作時跟隨天體轉動，跟蹤掃描射電源。

中國大射電望遠鏡的索網(wǎng)是目前世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結構，也是世界上第一個采用變位工作方式的索網(wǎng)體系。王啟明說，反射面單元面板將固定在上萬根鋼索上，安裝完成后整個反射面其實是懸在半空中的，螺旋狀公路一直通達“凼”底，供車輛和人員維護設備時通行。走入望遠鏡底部，索網(wǎng)猶如一個由鋼索織就的巨大“網(wǎng)兜”，緊緊支撐和保護著反射面板。

十幾米長的索，誤差不準超過1毫米

中國大射電望遠鏡的目標，是把覆蓋30個足球場的信號，聚集在藥片大小的空間里，不如此，就無法監(jiān)聽到宇宙中微弱的射電信號。

龐然大物要實現(xiàn)毫米級精度，挑戰(zhàn)前所未有。

“這里不僅有施工監(jiān)理，還有專門的材料監(jiān)造，就是確保每一個用材都能毫厘不差?！蓖鯁⒚髡f，十幾米長的索，誤差不準超過1毫米，生產(chǎn)流程必須用恒溫裝置，確保所有材料是在20攝氏度溫度場生產(chǎn)的。

公里尺度的鋼索支撐體系，位姿精度卻在毫米級。大連華銳重工集團高級工程師武榮陽說，觀測天體時因為地球有自傳，需要補償?shù)厍蜃赞D。饋源艙直徑13米，位姿精度誤差不能超過48毫米，角度不超過1度。

“六根索拉著饋源艙移動，48毫米的位姿精度仍不能確保望遠鏡指向精準。”中國電子科技集團第五十四研究所高級工程師鄭元鵬說，饋源艙內(nèi)安裝了并聯(lián)機器人用于二級調(diào)整，最終調(diào)整定位精度為10毫米。

要能靈敏觀測浩瀚星空，拼裝面板子單元邊界的精準定位是首要問題?？蒲腥藛T為此專門設計的定位夾具，它能對每塊面板的水平位置以及軸向高度進行精準定位，每個等邊三角形交點孔位精度保持在0.1毫米至0.15毫米。

頭發(fā)絲粗的縫隙都不行

沒有經(jīng)驗可借鑒，望遠鏡建設中遇到一道又一道關卡，但是，工程研究人員卻經(jīng)歷了無數(shù)次失敗，失敗了重來，再失敗再重來，每一道關卡都要經(jīng)過千錘百煉的反復試驗。

“90后”年輕的反射面吊裝技術指導張曉佳來自武船重工集團，他說，4450塊反射面板分為30層，雖然形狀都是看似一樣的三角形，但角度、大小卻千差萬別。大跨度纜索吊裝，吊具要經(jīng)過反復設計、比對和試驗，才能確保嚴絲合縫。

宇宙空間混雜各種輻射，遙遠的信號就像雷聲中的蟬鳴，沒有超級靈敏的耳朵就分辨不出來。武榮陽說，為了確保望遠鏡不受到任何磁場的干擾，僅對施工設備的電磁防護就花了半年多時間做試驗，從塔底到塔頂做了四五套方案。“頭發(fā)絲粗的縫隙，都有可能讓干擾信號跑出去”，反復試驗是為了確保萬無一失。

“從技術到材料，基本上都是國產(chǎn)化，既是中國制造，更是中國創(chuàng)造?！蓖鯁⒚髡f，中國大射電望遠鏡創(chuàng)造了很多奇跡，更體現(xiàn)了我國自主創(chuàng)新能力，推動我國在天線制造技術、微波電子技術、并聯(lián)機器人、大跨度結構、公里范圍高精度動態(tài)測量等眾多高科技領域的發(fā)展。