建造中国天眼曾面临的限制和挑战？

Question

如题所述

Answer 1

1：选址
怎么找到这么大一个天然凹坑放口径500米的一口锅，这是FAST建造的首要问题。

为啥一定要找一个天然的大坑呢？这是因为望远镜建设中土木工程费用，密切取决于凹陷的剖面几何形状，一个天然的凹坑可以尽量减少土石方的处理量，进而为国家减少科研经费

所幸我国贵州省是喀斯特岩溶地貌，存在大量这样天然的大坑。为此南仁东老师跑遍了上千个有可能的台址，最终选择了平塘县克度镇的一个大窝凼洼地，这就是我们现在熟知的FAST的站址，平塘县大窝凼窝
2：反射面的设计
FAST的反射面是一个巨大的的球面，这个球面是落在一个大坑上面，它不像我们常见到的射电望远镜由高度轴和方位轴控制，可以做方位360度和高度90度的随意转动。

云南天文台40米射电望远镜
所以怎么让这个巨大的球面运动起来是FAST建造的又一难题。
为了解决这个问题，FAST的科学家采用了主动反射面的设计。整个反射面由4450块反射单元组成，每个单元由100块小的三角形平面面板拼接而成，组成了186中有弧度的反射面单元，再用索网进行支撑，最终实现了主动反射面的面型控制。
3：馈源舱的控制

FAST的馈源舱就是接收反射面反射的射电信号，馈源舱是要精确地控制在反射面焦点的位置。

所以，如何使馈源舱控制达到极高的定位精度是FAST建造的又一难题。

FAST的工程师是采用将动态悬索应用于望远镜馈源的结构支撑的技术，但是由悬索和馈源舱组成的舱索结构，具有非线性、大滞后、大惯性和弱刚度等特性，并且在工作中难免受到风荷等外界干扰，仅靠悬索的控制很难使馈源舱达到指标要求的毫米级动态定位精度。

鉴于此，FAST团队提出了粗、精两级调节来实现馈源高精度动态定位定姿的方案[1]。首先通过6根悬索对馈源舱实现粗调节，再通过安装在馈源舱内的Stewart平台实现精调节。Stewart平台上又分布了多个馈源，所以在提高定位精度的同时，还可实现多波段观测。

最终，FAST在实际观测时，在 6 个馈源塔的支撑及控制下，六索拖动质量约 30 t 的馈源舱在焦平面内运动，可以达到达4- 7mm的定位精度。
4：索网的建造
在FAST的机械结构里，索网是用来支撑反射的球面机构。

它的结构是一个变形的载体，它需要在球面和抛面面间进行变形，但是钢索的极限变形是有限的，因此它对材料疲劳的性能要求很高。

所以，索网的建造又是FAST的又一大难题。

了解决这个问题，FAST的工程是进行了最大规模的疲劳实验：超高疲劳性能钢索的研制，经过两年艰苦的研发工作，最终攻克了FAST的核心技术，我们全方位地改变了钢索的制造工艺，包括扭制工艺、涂层工艺等，最终研制出适合FAST的钢索。