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500米口径望远镜让中国射电天文领跑世界

发布时间:2017-12-28

  500米的望远镜可以让中国的射电天文学引领世界

  科技项目是20世纪以来世界上最重要的科技进步和社会发展基础设施。这也是一个国家创新和核心竞争力的重要特征,在今天的科学技术世界里,一个国家在一个或多个关键领域,哪怕一小步,往往都是一个胜利者或者一个强者。为了实现这一步,大型科学项目当之无愧地成为一项重要手段。从两枚炸弹,一颗卫星到载人航天,从北京的电子对撞机到大亚湾的中微子实验,中国的每一次重大科学突破都与几乎所有的重大科学工程挂钩,新中国成立后,中国重大科技项目同时面对国家战略需要和世界科学前沿,通过核心技术和资源整合的突破,取得了许多重大成就,决定了国家的地位和命运。历史和现实多次见证,搞科学重大项目是我国科学技术跨越式发展的必由之路,也是我们集中力量处理重大事务的政治优势的集中体现。今天,“科技日报”开辟了一个接近中国重大科技项目的新篇章,引领读者走向最尖端的科学世界,深刻领悟到中国和平与发展的故事。工程从贵阳机场向南驱车,高速公路转向土路,颠簸了三个小时,经过最后一个窄口,直径500米的白色钢圈突然出现,填满了视野。这是望远镜历史上的环形光束。采用FAST(500米球形射电望远镜)环梁,就像在钢桥上行走。它是50米乘6米到50米的不同长度的钢柱,在半空中,周长1.6公里,一圈可达40分钟。橡皮表面的绳索粗细,攀登的圆梁悬空错落,总重量达1300吨,已编织成网,于2月4日完工。下一步是组装FAST天线反射器。 FAST预计将在2016年形成,而中国的射电天文学将在那时引领世界。越大越好电视机没有收到信号,屏幕不是空白,而是闪光的雪花发出了刺,这是来自太空的无线电信号,1931年,一位美国电子工程师发现银河中心带有普通的无线电波,这就造成了射电天文学,无线电和光线没有太大的区别,是电磁波,光线只是一小部分电磁波刺激眼睛,从伽马射线到紫外线到可见光,然后是红外线和无线电,有望远镜监视这些不同频段的电磁波,无线电频率低于红外频率电磁波段,射电望远镜与接收卫星信号的天线盆,通过泛焦反射,几平方米到数千平方米的信号聚集到一点点。聆听非人造的信号的nthusiasts。为了提高射电望远镜的性能,天文学家提出了一种解决方案,将许多天线盆对准同一个目标,并通过比较信号计算出更多的信号位置。但是想要收到一个更微弱的收音机,只有天线锅做得更多。中国科学院国家天文台FAST项目首席科学家,首席科学家南仁东说,宇宙空间中的各种辐射与雷声之类的遥远信号混合在一起,不可能没有超级敏感的耳朵辨别。 1993年在东京举行的国际无线电科学联合会,包括中国在内的10位国家天文学家提出了建造新一代射电望远镜的建议。他们希望能够在全球信号环境恶化失控之前收获一些无线电信号。建立快速的动机从这里开始。在FAST之前,世界上的收音机菜盆是德国的一个直径100米的艾弗尔伯格(Eifelberg),美国的阿雷西博(Arecibo)有一个300米的直径,前者可以移动摇头,后者与喀斯特,与FAST相似,制作较大的望远镜是非常困难的,天线锅内的毫米级精度要求,建在地面的平面天线上百米以上,重量会引起变形,一阵风会使其变形,一些天文学家提出了这样一个观点:在喀斯特地形下的一个普通的火山口里,最深的坑1994年底,北京天文台(现为国家天文台)牵头了20个机构,提出了一个岩溶工程。中国西南部许多喀斯特陨石坑之一的大型望远镜,经过筛选,筛选出80个最为满意的地方,通过遥感地图,确定了300个候选地点,贵州省黔南州Pingt安康县金柯村一环坳陷大窝凼,成为最有力的竞争者。凼仔,声音,水坑的意思。当时在这里调查,明显感觉比其他凼仔多一点。南仁东说,他下台百日坑,大澳的台排最适合。选择具有最佳形状,深度和尺寸的井将减少在地面上所需的土方量。在现场,南人东指着坑底说:绿地没有被挖出,黄土已经移动了。我们想象这两个部分的面积是一对一的。水切成数百米直径的凼仔石灰石。在凼仔的底部,至少有一个浴缸大小的水坑,水是向下倾倒的。天文学家考虑到,在岩溶地质条件下,水可能从井底泄漏,不会积聚和损害天线。然而,FAST的天坑,或者在排水沟旁边的坑里挖了一个通道,指向山腰上的六个钢框架(他们将在未来拉动信号接收器),南仁东说,如果不依赖于天坑,这些钢架必须从地面起步,不但成本不可承受,还达不到精度要求。在天坑建设,一个非常麻烦的问题是空间不能搬走由于这个原因,施工人员想了很多办法,缺乏人造填充机,采取了一系列新技术,把几十个钢梁和几十个框架的部分,一点点搬运到正确的地方毫米级精度FAST的目标是收集覆盖平板电脑大小的30个足球场的信号。否则,我们听不到宇宙中微弱的无线电信号。 500米的结构,达到毫米级的精度,天文学家从来没有做过。确保轻型钢结构的变形是一个重大挑战。膨胀和收缩效应不容忽视。南人东指着钢架和夏季的边界相,边界将比冬季多移动30厘米。长1.6公里的巨大的边界不是固定的,而是搁在钢架上,与钢架的接触面是光滑的材料。即使框架膨胀和收缩,这也不会扭曲框架。 FAST的天线罩是一个标准的球体,它在运行过程中发生变形,形成一个300米直径的抛物线(只有抛物线才能聚焦信号,最小化了球面和抛物面之间的差异,以达到最方便的局部抛物面形成)。依靠变形来改变天线的方向,正如水手拉电缆来控制帆的方向一样,FAST牵引电缆网使天线槽变形。 FAST公司的电缆网络连接了2000多个沟槽表面上的边界和小型电机,这些电机协同工作以控制电缆网络的形状,整个变形过程由激光定位系统校准。 ,与神舟飞船大小相似的馈源舱(信号接收单元)挂高,​​装备了世界上最先进的接收机,接收单元内还有一个可变形的框架,带有六个伸缩腿,负责将接收器放在焦点位置,30吨的馈线舱由600米长,600米长,200米精度的电缆吊起,框架,电缆网络,接收器,每一部分的位移都必须控制在毫米,FAST FAST将比目前的Eifelsberg望远镜灵敏10倍,这意味着FAST也有可能在距离无线电信号100亿光年远的地方被听到。 FAST的奇迹已经完成,天文学注定要取得许多突破。首先,FAST可以找到更多的脉冲星。脉冲星是在1967年由于信号的规律性而被发现的,并开始被误认为来自外星人的信号。现在普遍认为脉冲星是一个高速旋转的中子星,就像海边的一座灯塔,旋转的光束横扫地球。但是有一些证据似乎并不支持灯塔模型。南人洞说:现在我们在银河系内发现了大约2000颗脉冲星。其他星系必须有脉冲星。所以FAST会避开银河系,瞄准其他星系,发现更多异国的脉冲星,看看它是什么。楠仁东说:我们很可能会发现一些前所未有的脉冲星现象,如脉冲星和黑洞配对,那么它可能会产生一个突破性的理论。 FAST预计第一年就会在星系外发现数十个脉冲星。 FAST也可以观察早期宇宙线索中的中性氢云的运动。所谓中性氢,宇宙不是聚集成一个星星发射热氢原子,是一个质子加一个电子。氢原子从远处看不到,但质子和电子就像旋转的星球上的极点一样。如果电子杆很少反转,则会产生21厘米长的微弱电磁波。监测21厘米波不仅可以确定存在大量中性氢的位置,而且可以通过波长的微小变化来确定氢原子是离开还是靠近我们。因此,FAST观察到中性氢信号,以便更多地了解星系之间的相互作用的细节,以及可能在早期宇宙中刚刚形成的氢如何移动,为宇宙的发展历史提供线索。类似地,FAST可以聆听空间有机分子发射的一些独特的电磁波,以便我们可以更充分地描绘宇宙。如果幸运的话,FAST也会试图掀起地外文明的浪潮,如果20或20年后地球有意或无意的释放信号,一定是FAST的功劳。安静在中国有人的地区,大窝台附近的无线电波很稀少。我们穿过了另一个几百米的凼仔附近的黑洞,显示出一个天堂。天坑底部有蔬菜和农作物,有几间木屋,狗在外面吠叫,无声无息,令人耳目一新。这里没有电力线,最近一个乡镇在5公里以外。射电望远镜需要这样一个安静的土壤。贵州省政府于2013年颁布法令,在FAST周围建立一个5公里的无线电沉默区。 30公里内不允许有干扰设施。由于这个原因,附近的农民会搬迁。距FAST项目8公里,全球有12个天坑,每个天坑的深度都在300米以上。它被称为天坑博物馆。贵州政府期待把天坑和天文景观相结合,打造国际天文火山天文目的地。科学家们想要减少周围的人类活动,避免无线电波的危险。最敏感的天线相当于最细腻的耳膜,柔软的耳语就等于喊了起来。南仁东说:FAST可以听到月球上的电话。不要谈论使用手机,即使在使用电器附近,或者距离飞机几十公里的地面发送信息,FAST也会出现电磁风暴。因此,在FAST现场工作的未来科学家控制着电器的使用。 FAST的监控中心位于两山之外,通过光纤监控中心将FAST接入信号传送出去,然后发送到外界,整个无法使用无线设备。南仁东说,如果FAST有人们不担心未来是否能够将收音机维持在沉默附近中国制造的FAST将于2015年进入反射器组装阶段。技术日报记者在三角形面板中看到现场,铝合金11米长,更多比这块面板上的4000多块拼版天花板最终会拼出来。面板上盖的孔。南仁东说,一个是加载的风稍小一点,另一个是实现50%的透光率,这样天线可以为了避免水土流失,FAST的设计和施工反映了中国在世界上的工程能力,长达33米,从海岸到山上运输的70吨钢架构件,悬挂在一个小坑,平坦的,它足够奇妙。江苏沪宁钢铁有限公司负责建设,创新了起重技术等一批工艺,完成了世界上第一个这样的工程。 FAST是通过极端手段对遥远恒星进行的人类探索。因此,大量的非标准工业模块正在建设中使用。这就要求各个领域的研究人员和工程师紧密合作,解决关键问题,开发新技术。以电缆为例。 FAST的钢丝绳重,牵引频繁,所以需要很高的抗疲劳性,我们一般使用的缆索,包括斜拉桥上的缆索,强度为200MPa,弯曲200万次,但FAST缆索需要安装反射板,需要不断改变角度,连续拉伸,加上FAST至少需要应用30年,设计人员已经提出了安装强度为500兆帕和2亿弯的电缆,FAST工程团队和柳州欧维姆机械有限公司等单位共同攻关,共同解决关键问题,FAST工程研究人员经历了无数次的失败,例如350MPa的弯曲试验,弯曲6万次失败,需要10天进行200万次弯曲试验,经过工程团队的不懈努力,柳州奥威机械有限公司终于研制出符合要求的新型钢缆材料,包装材料和生产工艺以满足FAST的要求。同时他们还申请了12项专利。如果将这种电缆用于斜拉桥,将大大提高桥梁的质量和寿命。望远镜的馈电胶囊悬挂在天线盘中心的正上方,并通过电缆在锅外面的六个支撑塔架上固定在一起。需要通过支撑架上的光纤线缆输出从源盒传输出来的信号,不能用于无线通信。由于饲料胶囊需要不断调整其位置,牵拉的缆线需要不断拉伸,连接的信号线也不断拉伸。 FAST工程团队设计了帘式机构,信号线和电力线耷在电缆中,并与电缆一起拉伸。这不仅要求它们能够抵抗弯曲疲劳,而且要求信号线内的光纤不会在拉伸期间衰减信号。以前国内的光纤弯曲要求一般是几十倍。 FAST项目需要5年光纤弯曲疲劳6.6万次。 FAST工程团队与北京邮电大学,武汉烽火通信公司,北京康宁光缆有限公司合作4年,最终打造48芯可动光缆,断裂疲劳寿命达10万次,达到FAST要求的信号衰减,同时刷新世界纪录。大科学工程是通过制定和实施这些严酷的条件,促进国内高新技术产业的技术升级。据估计,两年后,FAST获得的信号将通过该光缆传输到外界。每天在贵州,北京和世界的计算机分析中都会有大量的数据,FAST就像是一个密度更高的屏幕,可以去除更多的漂流瓶,中国的工程专家是这个奇迹的贡献者。

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