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FASTo创新∣美丽天眼的“千变万化”:4450块反射面单元组成一口巨大的变形金锅

来源:信息发布     作者:党政综合部     发布时间:2016年10月09日     浏览次数:         

FASTo创新∣美丽天眼的“千变万化”:4450块反射面单元组成一口巨大的变形金锅

葱绿的群山环抱着直径500米的天眼,植被茂密的青山是自然的宠儿,而银白色的铝合金“大锅”则是科学家和工程师们创造的奇迹。在这里,自然与科学水乳交融,共同构成震撼人心的画面。

“这口大锅,由4450块反射面单元组成,每块单元又由100块直径大约1.1米的面板子单元拼装而成。看起来只是庞大的数量,但是实际上,从研发到生产到拼装,每一个细节都闪耀着科技的光辉。” 54所FAST反射面系统总设计师郑元鹏在接受记者采访的时候感慨地说。 FAST项目的反射面板是用平面去装配球面。郑元鹏介绍,直径500米的球面要拆解成一块一块的平面子单元,子单元的大小是有讲究的,并非拍脑袋就能决定。太大了,拼装成的球面就不够平整圆润,太小了,就会成倍增加施工的成本和难度。经过反复测算,最终子单元设定为边长1.1米左右的三角型。

反射面单元并非是“铁板一块”,而是布满了密密麻麻的有规则的孔洞。“这些孔洞的直径是5毫米。这也是经过反复测算的。再大就会影响无线电波的接收,再小就会影响透光、透水和防风性能,也会增加面板的重量。”郑元鹏说。

要想用平面装配出完美的球面,对面板生产和拼装的精度控制就至关重要。“面板的材质是铝合金,其生产精度要控制在1.5毫米以内。可是,不管什么材质都是有自身重量的,经过力学分析和实验证明,面板铆接成形后的重力变形量在1.35毫米左右,给加工的变形余量只有0.15毫米,这在实际生产中很难实现。如何克服自重带来的变形,我们想了很多种办法。”FAST反射面总工艺师张万才说,“经过多方尝试,我们发现,在200公斤左右的力作用下,面板会向外扩张零点几毫米。在这个力的作用下,把面板铆接成形,当把外力撤掉时,面板上就形成了拉应力。它就不会变形了。”为此,张万才带来工艺师专门设计了一个工装,通过扳手螺旋加力把拉应力固化下来。“这样成功率很高,此后在平面度这个环节上几乎没有废品了。”

张万才(左三)与团队技术人员在现场讨论

“拼装精度也很重要。要想使球面平滑,每块面板单元的拼装精度要控制在2毫米内。”FAST面板现场负责人曹江涛介绍,“100块面板子单元拼装出的,是一个完美光滑的抛物面。通过调整螺丝的高度,用螺丝的升降,有效的调整曲率,从而达到精度要求。”

此外,4450块反射面单元根据在望远镜球面中的位置和功用不同,共有431种类型,而每个单元的100块基础面板又分为7种类型。“不同类型的面板子单元,虽然形态、大小各异,但是肉眼上根本看不出差距。这对我们的管理提出了很高的要求。”曹江涛说。

据悉,中国电科54所用了11个月的时间,按期完成了反射面研制生产和拼装任务。

“这么大口径的反射面,在世界上是前所未有的。FAST不仅是一口超级大锅,还是一口史无前例的变形金锅。众所周知,球面是不能反射信号的。我们的反射面单元安装在像蜘蛛网一样覆盖的索网上,索网的每个节点都连接一个促动器,需要观测某一区域的时候,促动器会带动相关的反射面单元在大锅上形成一个直径300米的抛物面,就好像是大锅上的一个小碗。当观测区域变化的时候,促动器会随之带动反射面单元形成千变万化的‘小碗’,扩大观天的范围,提高信号的接收广度。”郑元鹏指出。