世界最大单口径射电望远镜开始观八方 西安院士团队助力“观天巨眼”建设
■记者 张潇 实习生 袁天河 杨麒麟
2016年7月3日上午，FAST完成最后一块反射面单元的吊装，FAST就是世界最大单口径射电望远镜。这背后，凝聚着中国不同学科科学家的聪明才智。这其中就包括中国工程院院士、西安电子科技大学机电工程学院段宝岩教授带领的团队的卓越智慧。
事情最早得从1993年说起。这一年，在日本京都召开了第23届国际无线电科联大会，包括中国在内的10国天文学家联合发起了建造接收面积达一平方公里的“新一代大射电望远镜计划”倡议。这之后，中国、加拿大、荷兰、美国、印度等国积极展开了第一代射电望远镜的争建工作，主流技术方案包括三种，即相位阵、小天线致密阵和单口径。当时，考虑到计算机后期对数据的处理能力，中国和加拿大的科学家偏向于建造单口径的大型射电望远镜。
为了达到接收面积一平方公里这个硬指标，又要工程上可实施、造价上可接受，像阿雷西博射电望远镜那样，利用喀斯特地貌建造单口径射电望远镜则成为必由之路。因此，建造新一代望远镜的第一步，便是在喀斯特地形上寻找一个口径为500米的自然天坑。
1995年，中国天文学家终于在贵州南部找到了两个这样的位置，其中之一就是现在FAST项目所在地，贵州省黔南州平塘县克度镇金科村的大窝凼。
在这次会议上，西安电子科技大学茅於宽教授关于圆柱表面相位阵、王家礼教授关于低造价反射面的报告，尤其是段宝岩教授所作的关于大射电望远镜馈源支撑的光机电一体化创新设计的报告，受到了与会国内外专家的高度关注。
如今，正在建造中的FAST工程，馈源部分就直接采用了段宝岩提出的六索驱动的设计方案。这一光机电一体化馈源索支撑方案，与利用贵州喀斯特地形建造射电望远镜、创新性的主动球反射面一起，被誉为FAST工程的三大创新。
如果说球形洼地是这只“观天巨眼”的“眼窝”，那么由悬索支撑的馈源舱与馈源就是“观天巨眼”的“眼珠”。FAST实际使用的馈源舱装置虽然与西电50米模型略有不同，增加了A、B轴进行调控，但核心原理却是一致的，那就是利用Stewart平台对馈源进行粗精两次调节。可以说，FAST的“眼珠”定位技术正是源自西电。
“把这一大段技术指标，简化为一个听得懂的数字，那就是要确保6根悬索控制的馈源舱中的馈源，实现不超过4毫米的动态定位精度。”
据介绍，在FAST馈源支撑系统的研究中，主要是西电和清华两个团组在做。“我们建造的缩比模型，验证了独立控制策略，粗精调控制算法，轨迹规划策略和轨迹跟踪控制等，说明在工程上是有效可行的；以及后来清华的4塔方案20米、50米模型、6塔方案40米模型，都对工程建设有一定的指导意义。”段宝岩说，“FAST是一个中国天文学家、科学家，以及工程承建单位集体智慧的产物。这些不同比例的模型，为FAST建设扫清了技术障碍，共同为500米口径大射电望远镜的实际建造积累了有益的工程经验。”
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