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它, 为嫦娥指路

——记2018年度上海市科技进步奖特等奖“上海65米射电望远镜系统研制”项目
2019年05月16日 16:52    来源:多播网    关注度(54)

从外观上看,位于上海松江天马山附近一片桃林中的天马射电望远镜,是由一个钢铁基座和一口直径65米的“大锅”组成。

搭乘电梯,可以抵达钢铁基座的顶部,也是“大锅”的底部。接着,穿过一条狭长的架空通道,爬过一段笔直向上的旋转楼梯,就能抵达“大锅”中央的一块凸起的狭小平台。

站在这个平台上,环视四周,如同身处一个白雪皑皑的山谷底部。只不过组成“山谷”的是1008块反射面板,它们能将来自宇宙深处的微弱射电信号甄别出来,从而帮助科学家探索天体的奥秘。在中国的多项航天工程中,天马望远镜更是发挥了无可比拟的作用。

诞生机缘巧合

射电天文的诞生,源于一个偶然的发现。美国贝尔实验室的工程师为了探究可能影响无线电话业务的静电干扰,建造了一座如同“旋转木马”的天线。经过数月观测,工程师在20.5兆赫的频率上发现并确认了来自银河系中心的射电辐射。该发现标志着射电天文学的诞生。

天马望远镜的诞生同样有着各种机缘巧合。当时,上海只有一台25米射电望远镜。但在嫦娥一号探月任务中,这台望远镜参与组成的VLBI网络,成功对卫星进行了测轨。在上海市领导会见参与该任务的上海相关单位负责人和科学家时,中科院院士、中科院上海天文台原台长叶叔华直言不讳地说:“在所有的合作单位里,我们上海的望远镜是最小的,而且也是最老的,都应该‘退休’了。”时任市委书记俞正声、市长韩正当即拍板,同意建设上海65米射电望远镜,指示有关部门落实研制经费和站址土地问题。经过中科院与上海市的协商,决定作为中科院与上海市的重大合作项目,并于2008年11月正式成为一项“院市合作”的工程。

4年后,2012年10月28日,天马望远镜落成。2017年10月27日,通过总体验收。“亚洲第一射电望远镜”的名号也花落上海。

攻克关键技术

天马望远镜凝聚了中科院上海天文台、中国电科54所、上海交通大学、中国电科16所等国家单位的共同智慧与心血。它是40多项关键技术和集成创新的结果,也标志着我国完全掌握了大型射电望远镜研发核心技术;它是我国第一台性能先进功能齐全的全可动大型射电望远镜系统,更在综合性能指标排名中位列全球同类型望远镜第三位。

体型庞大的天马望远镜需要克服重力带来的影响。科研人员在1008块主反射面板的4角背面安装了1104个促动器。这些促动器如同“背背佳”一样,把因为重力产生的主反射面板的形变重新矫正回最佳形状。其调整补偿的最高精度可以达到15微米,相当于人的头发丝直径的一半。如今,这一国内首套大型射电望远镜主反射面主动调整系统,已稳定运行7年,故障率仅为0.3%,

为了能够看到不同波段的射电信号,科研人员为天马望远镜配备了7套致冷接收机,观测带宽从1.2G赫兹到50G赫兹。其中,自主研发的K波段(22G赫兹)和Q波段(43G赫兹)双波束制冷接收机综合性能达到国际先进水平。

天马望远镜还实现了3角秒的高精度指向,这得益于:全数字化、高精度的伺服控制系统架构、多电机速度环数字控制消隙技术和先进的复合控制策略等,伺服控制精度0.54角秒;高精度焊接环型整体轨道技术,实现了软土基础上的由30段焊接而成的直径42米的轨道不平度优于0.5毫米……

服务航天工程与科学探索

自建成投入使用以来,天马望远镜成为当之无愧的国之重器。它已先后圆满完成了2012年的嫦娥二号扩展任务、2013年的嫦娥三号任务、2014年的探月三期再入返回飞行试验器及2018年嫦娥四号中继星和着陆巡视器VLBI测定轨任务。在这些航天大戏中,天马望远镜性能优异,运行稳定,极大提高了中国VLBI网的测定轨能力和探测器测定轨精度。

天马望远镜还以其超高灵敏度成为国际VLBI网重要测站。作为目前国内VLBI台站中唯一具备43GHz观测能力的射电望远镜,天马望远镜与韩国3台站和日本4 台站组成了东亚VLBI网。天马望远镜使东亚VLBI的成图质量提高53%,在黑洞等致密天体研究中发挥关键作用。2015年,天马望远镜成为欧洲VLBI网成员,由于其超高灵敏度,多次被选为基准参考测站。

在科研上,天马望远镜帮助科学家取得了一系列原创性成果。例如,科研人员通过它对银河系中心巨分子云Sgr B2中的乙醇醛和乙二醇分子进行了高灵敏度成图。

未来,天马望远镜还将在后续探月工程、火星探测、小行星探测等航天工程,以及脉冲星、大质量恒星、活动星系统、X射电双星等天文学科研中大显身手。

(作者:耿挺 责任编辑:ydm)

文章来源:http://www.duob.cn/cont/848/210387.html