长城网·冀云客户端6月9日讯(记者 李代姣 通讯员 李燕茹)6月9日上午,由中国电科网络通信研究院(中国电科54所,以下简称“网通院”)承研的“捕捉宇宙中重子声学振荡信号(BINGO)射电望远镜”主体结构在石家庄出厂发运,标志着BINGO射电望远镜圆满完成设计与制造工作,正式进入集成阶段。据悉,此次发运的射电望远镜主体将由天津港起航,历经近两个月,抵达巴西的苏阿普(Suape)港。
BINGO(Baryon acoustic oscillations for Integrated Neutral Gas Observations)射电望远镜致力于观测宇宙中性氢气体来捕捉重子声学振荡信号。由于宇宙中存在大量中性氢气体,通过研究氢的谱线,可以了解氢在宇宙中的分布,从而更好理解宇宙的结构与演化。BINGO射电天文望远镜将建在亚马逊森林边的巴西帕拉伊巴州,是一座专门用于观测宇宙中性氢气体的大型单口径射电望远镜,对国际空间研究具有极其重要的作用和意义。
BINGO望远镜效果图。
BINGO射电望远镜是射电天文和空间科学领域的重大国际合作项目,由中国与巴西、英国、法国、瑞士等国的科研人员通力合作完成。网通院作为中国团队中的核心参与单位,负责射电望远镜主体结构的设计与制造。
反射面精度是射电望远镜的关键指标,反射面精度越高,观测越高效,可以有效提高视野清晰度,也能提高捕捉天体运动等信号的能力。“BINGO射电望远镜采用双偏置结构,分为主反射体和副反射体。主反射体口径为40米,副反射体口径36米,主反射面面型精度≤3毫米,副反射面面型精度≤4毫米。”BINGO项目总设计师王大为介绍说,BINGO望远镜由于采用了偏置结构,导致每一块面板的形状都不一样,如果按常规方法制造面板,仅模具一项就要花费上亿元。为满足工程造价,项目团队综合考虑望远镜工作频率和电气指标,反复推敲验证,最终确定采用多平面拼接逼近曲面的方法,将主副反射面进行分块设计。
将主副反射面分成小块后,单块面板的尺寸又成为一大难题。王大为说:“BINGO射电望远镜的面板设计灵感,来源于我们研制的另一款射电望远镜FAST(500米口径球面射电望远镜),分块设计后单块面板尺寸必须大小合适,才是最优解。”据介绍,单块面板如果尺寸过大,那么块数就少,面型精度就达不到要求;反之,单块面板过小,就会导致面板数量过多,支撑面板的钢结构支撑点就会增多,不仅会增加天线整体的重量,还会加大安装难度。为此,项目团队与巴西团队反复沟通,保持着高频次技术联络,历时2个月做出了最优的面板分块设计方案,最终主反射面由20环面板组成,共20种尺寸,共有528块面板;副反射面由33环面板组成,共33种尺寸,共有708块面板。
技术人员进行面板测量。
反射面板需要坚固的钢结构进行支撑。由于钢结构需要漂洋过海至大洋彼岸后,由巴西进行组装,采用传统焊接结构将大大增加运输难度和成本,项目组经过审慎考虑,决定采用空间螺栓球网架结构,这种结构由杆件和球组成,优点是受力合理、空间性能高、安装便捷。
主反射体由4237根钢管和1111个螺栓球组成,副反射体由3970根钢管和576个螺栓球组成,馈源塔由1502根钢管和841根角钢组成。这么多根钢管,拼接安装极其不易,有的钢管长达12米,一旦拼装错了,需要拆掉从头再来。为确保上万根钢管被顺利安装在正确的位置,项目团队历经数月不断优化钢结构形式,将钢管种类从最初计划的15种减少至7种,在每个钢管上标印唯一的编号,有效减轻安装难度,使得整个钢结构设计更加清晰明了。
该批结构抵达巴西现场后,BINGO射电望远镜将正式进入建设阶段,网通院将派遣工艺人员赴现场指导装配工作。据介绍,落成启用后,BINGO射电望远镜将进行快速射电信号扫描,探测宇宙深空发来的重要信号,从而揭示宇宙结构和暗能量的奥秘。
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