<small id='1wCUrWYh'></small> <noframes id='wBv5dzZ7aD'>

  • <tfoot id='MuQSmNeBYh'></tfoot>

      <legend id='XaETUGpxn'><style id='3EgJRYp'><dir id='TCFe'><q id='yU1nO6Di'></q></dir></style></legend>
      <i id='HcACt98'><tr id='O5bnT'><dt id='OaNe'><q id='Lmrs4y9uV'><span id='IDGUpK'><b id='KbjBtLNpMg'><form id='LdYQkt'><ins id='UhxKd0Z6l'></ins><ul id='3Mw4vb'></ul><sub id='nJaPxbfwz'></sub></form><legend id='FkNjRcKx'></legend><bdo id='wguNeK'><pre id='o6sQ'><center id='FQVheCq'></center></pre></bdo></b><th id='HyBAj1reLw'></th></span></q></dt></tr></i><div id='ihro5'><tfoot id='On8QlKgwYt'></tfoot><dl id='Jw93Vp4'><fieldset id='G5SY9szv'></fieldset></dl></div>

          <bdo id='hkSt'></bdo><ul id='26U3JRZd'></ul>

          1. <li id='Ok3Fi1M'></li>
            登陆

            姜鹏:假如FAST作出了重要的科学发现,我期望人们能记住这背面的一个工程师团队

            admin 2019-06-05 289人围观 ,发现0个评论

            在贵州群山深处,有一座500米口径球面射电望远镜(简称FAST)。有人戏称这是“山里的一口大锅”,装满矿泉水,全国际70亿人每人能够分到四瓶;也有人叫它“我国天眼”。作为国际上最大的单口径射电望远镜,也有国际上最活络的射电望远镜,我国天眼背面有哪些故事?我国天眼(FAST)总工程师,国家天文台研讨员姜鹏带你看“我国天眼”,听国际“心跳”。

            姜鹏讲演视频:

            以下为姜鹏讲演实录:

            首要要弄清一个实际:比起“科学家”,我更适宜的身份应该是“工程师”。

            说起FAST,国际上最大的单口径射电望远镜。到目前为止,它的活络度现已是国际上第二大望远镜的三倍左右,这也是我国制作的射电望镜榜首次在活络度这个参数上到达了最高点。这为咱们我国天文学的开展——包含科学家的一些严峻发现,供给了或许。

            “我国天眼”。图片来历:图虫构思

            说到这儿,还要从FAST的使用布景说起,即射电天文学。1933年,卡尔央斯基(Karl G. Jansky)在一次雷达通讯试验中,意外地发现了射电天文学的窗口。尔后,他为人类贡献了四大发现(如图右上)。这些效果的获得,与设备的开展是密不可分的。

            从雷伯(Grote Reber)造了榜首台9.47米望远镜开端,望远镜的开展前史便是寻求活络度的前史(如上图)——科学家们一向想要造更大口径的望远镜,由于口径越大,就意味着越大的收光面积,在勘探暗弱信号方面有更强的才干。这样,一方面能够极大地扩展可观测样本的数量,其间就或许孕育着一些重要发现;另一方面,也能够观测到更前期或更悠远的国际现象,对研讨国际演化前史有十分大的协助。

            1972年,德国人把望远镜做到100米后,选用传统作业形式的望远镜至今还在100米左右的水平,由于受风载和自重等要素的约束,很难再有打破。Arecibo(阿雷西博射电望远镜)开辟了一种制作望远镜的新形式,可是巨大的渠道也给它造成了许多困难,驻波和收光功率等等都受到一些影响。怎样制作更大口径的望远镜,就变成了一个十分重要的瓶颈——直到一个概念的呈现,改动了这种情况,它与咱们方才说到的FAST有关。

            是什么样的概念,使得FAST具有打破传统望远镜极限的才干呢?

            其实是抛物面和球面之间的一个机缘巧合

            一束平行光打过来,能够会聚到焦点——这是只需抛物面才有的几许特性,所以传统望镜的作业反射面都是抛物面的形状。但抛物面跟球面到底有多大间隔?曩昔的人没怎样重视。直到上个世纪,我国天文学家猎奇地进行了核算,得到的效果出乎许多人的预料——一个300米的抛物面,只需挑选适宜的焦点,球面和抛物面违背的最大间隔只需0.47米,这0.47米就成为了一个严峻打破计划的或许性。

            有了这个发现,咱们就大约构成了一个计划:先制作一个基准球面,然后设置一群能够轻轻改动反射形状的细小驱动设备,这样就能够在它部分区域构成一个300米的抛物面。比方咱们想观测S2圆,只需求在左下角构成一个抛物面;假如想观测S1圆,只需求在右下角构成一个抛物面。咱们能够让抛物面在球面上运动,对天体进行盯梢,并进行扫描等等一些观测。那余下的问题便是,怎样把接收机以正确姿势放在焦点的方位上。

            要把这个概念真的做成一个望远镜,还有三件事要做——

            榜首件事,要选一个适宜的台址。首要,要找个天然的、这么大的洼坑,假如在平地上人工发掘,几台望远镜的本钱投入进去或许都不行;并且,这个当地要远离人口密布区域,由于天体信号十分暗弱,许多存在各种搅扰源不利于观测;此外,不能有积水,一起还要有十分优秀的地质条件——而一切这些要素都在贵州的喀斯特凹地上具有,这也是后来选这个当地做台址的主要原因。

            第二件事,完成球面到抛物面之间的改动。现在咱们去看FAST,或许会觉得自身就该如此——但实际上,制作进程中阅历了许多许多改动。最早,咱们想在凹地里安置2000多台促动器,促动器挂着面板进行变位,可是这种方法需求有许多的修理作业,很难处理。后来,就选用更清洁的方法,便是索网;其实中心还提过索联网机等等一些计划。索网到底是选用三角形网格,仍是选用四边形网格?是挂在周围的山体上,仍是独自做一个环形的支撑结构?操控索是一根仍是挑选三根?这一切的计划都需求精密的核算、剖析和证明,最终才干确认。

            最终一件事,便是怎样完成接收机的精准定位。最早的Arecibo就提出一个计划:先做个大渠道,然后再把接收机放在渠道进步行运动、操控。可是,巨大渠道有许多问题,比方天体的宣布的电磁波是从正上方下来,所以它首要要把有用的电磁波挡掉一部分,望远镜姜鹏:假如FAST作出了重要的科学发现,我期望人们能记住这背面的一个工程师团队的口径功率上很难完成;并且信号会在渠道和反射面之间轰动构成驻波;别的还有一点,它邻近还有机场,机场这种搅扰信号通过渠道之后也会进入到望远镜里,所以它抗搅扰才干也比较弱。

            咱们就想,用什么方法来构成更好的计划呢?

            最终FAST提出的概念,超乎幻想。它通过六根钢索操控一个30吨的馈源舱,这种方法能够完成准确认位,然后把接收机在放在舱里头。但这个概念很难完成,并且通过六根钢索只能操控舱的方位,而接收机自身不仅仅需求操控方位,还要操控姿势,由于它的指向应该是主光轴的方向。六根钢索不足以完成整个馈源舱姿势的悉数准确操控,所以在里面又做了套A-B轴组织辅佐接收机进行姿势的操控。这么大一套柔性系统,它的跨度大约有600米,遇到风等某些要素会发生轰动,怎样办?所以在它的下渠道做一套Stewart渠道,起到安稳的效果。这就构成了一个十分复杂的操控系统。所以,咱们常常说FAST这个计划,只需天文学家敢想得出来;咱们做工程的人很敢蛮想这些现象。

            由此,FAST的原理模型也逐渐明晰了:一个近万根钢索编制成的柔性索网挂在一个500米口径的环梁上,有2000多个主索解点;每个主索解点下面放一个操控索,固定在地上促动器上,然后通过促动器操控就能够改动索网的形状——由于它是柔性的,所以能够在部分区域构成抛物面,而抛物面能够在整个球面上运动,进行盯梢、扫描等等作业。然后上面有六根钢索操控一个30吨的馈源舱——馈源舱比反射面高140米,舱内还有A-B轴和Stewart渠道,让辅佐接收机进行姿势的操控。这一套系统需求在140米高空,在200米标准范围内通过六根绳子,把接收机的方位操控到10个毫米以内,是十分匪夷所思的一个精度操控。

            讲演嘉宾姜鹏姜鹏:假如FAST作出了重要的科学发现,我期望人们能记住这背面的一个工程师团队:《FAST:贵州群山深处,我国天眼正在张开》

            有了这个计划之后,FAST开端推进立项,在2011年开端制作。南先生(南仁东,曾任FAST工程首席科学家兼总工程师,2017年9月15日因病去世)在世的时分说,他终身遇到的最好的一个问题,是来自一个外国友人:你知道500米有多大吗?他其时被问住了,由于500米在咱们大多数人心里都是数字,很难真实领会它的标准。姜鹏:假如FAST作出了重要的科学发现,我期望人们能记住这背面的一个工程师团队

            咱们有一些猎奇的搭档真的算了一下:假如把FAST想成一口装满水的锅,全国际70亿人每人能够分四瓶矿泉水,够喝一天

            其实咱们知道,外国友人问南先生的问题,不是真的想问他有多大,而是好心地提示:这件作业纷歧定会像想的那样顺畅,必定存在想不到的问题——由于五百米的望远镜历来没有人做过。

            效果这话很快就被验证了。

            咱们如火如荼地进行台址开挖的时分,一个差点让FAST毁于一旦的技能问题呈现了,便是“索疲惫”问题。方才说到,球面到抛物面改动是通过索网完成,所以它对疲惫系统要求极高,要求钢索能承受500兆帕应力——相当于传统标准的两倍还要多。

            咱们从市面上买了大约10根钢索进行试验,效果没有一根能满足要求,由此咱们进行了一次大规划的钢索疲惫功用试验研讨——或许也是建国以来、能查到材料范围内最大规划的一次索疲惫试验,由于索疲惫试验单调、耗时长,没有人乐意做。为了加速计划遴选,咱们常常在全国不同的当地试验——比方北京、武汉、广西,都在进行。最终用了两年多的时刻,把FAST最严峻的一次技能危险给处理掉了。

            还有一些匪夷所思的难题,比方“精度操控”。传统结构只关怀两件事:美不漂亮,安不安全。关于FAST 500米的跨度来讲,差5毫米、50毫米,乃至差500毫米,视觉上都无法辨认。它不会影响任何漂亮,可是会影响安全。并且,哪怕差几个毫米,天线功率都会大幅下降。所以咱们做的一切结构的精度,都是超乎所思的。

            举个较直观的比方。在咱们的望远镜底部,你会看到这样一排操控索:从一个视点看的话,是这样一排;但假如换个视点,jpsp就只需一根。这个是十分、十分匪夷所思的精度操控,你要是知道它的施工次序的话,就更能领会它的难度。由于咱们先做的是2000多台促动器的根底(图中黄色部分),然后再做500米口径的环梁,然后再把近万根钢索编织成索网,最终再把那根杆连上、把操控索连起来。500米的标准下,视觉上能做到严丝合缝,我敢说这是一个工程的奇观。

            整个施工方法也都是专门的FAST规划计划,由于施工场所约束十分大,大型设备无法进。

            FAST有一些难以想象的施工方法,现在都构成了国家工法——在施工技能领域,现已是尖端的荣誉了。比方环梁,要像搭积木相同,使用结构自身作为通道,一块一块地推进去。

            此外,一切的圈梁和馈源塔根底都是在半山腰或许悬崖峭壁上,所以只能用最原始的人工挖孔桩的施工方法。咱们最深的人工挖孔桩大约是38米深,相当于十几层楼的高度,在下边呼吸都会觉得困难;并且有十分大的危险,比方踢一个石子下去都是丧命的要挟。

            还有索网的装置。由于没有场所,所以要在空中一根一根地散拼,1万多根钢索、2000多个界面,都是一个一个进行构架装置。并且这些索,每个标准都纷歧样,要么长短纷歧样,要么粗细纷歧样,标准大约有上千种,装错一根索网,就没办法成形。所以每个索都要做精密的组织,都打上二维码现场进行辨认,防止犯错。

            最高的塔大约170多米,起重机也无法进,所以只能选用最原始的人工爬杆的计划,一根一根地进行组装。

            能够说,这个项目大约凝结了几千名一线工人的汗水。常常有外国人到这来,走一走,转一转,然后感叹:“只需你们我国能做到FAST”。我想,这主要是跟这些一线工人们有关,而不是咱们。

            2016年9月20号,项目完工了,这是全体完工典礼上拍的一个相片。

            但这远远不是完毕,仅仅新一轮应战的一个开端——更难的作业还在后边,那便是:望远镜调试作业

            FAST选用全新规划理念制作了国际上最大的望远镜,它能够打破百米工程极限,完成史无前例的活络度,优势十分杰出——可是,任何作业都有两面性,在获得必定优势的一起必定要付出代价。传统望远镜一般只需两套驱动组织,一个自旋轴和一个俯仰轴,十分简略。但关于FAST来讲,光是反射面就需求2000台促动器协同操控,安全危险也很大,是从没有完成过的难度。

            并且,咱们还面对十分多的问题。

            比方,右边这张图,操控系统大约分这样三部分,由一百多个参建方参加制作,加上科研支撑操控系统,又能分出五个子系统,并且这五个子系统又是由五家单位做的。怎样把他们各自担任的部分搭起来连到一块,是咱们面对的十分困难的作业。后来咱们爽性把一切东西都接过来,一行行代码亲身改,大约用了四个月左右,完成了馈源舱科研支撑系统榜首次全体联调。

            这就意味着望远镜和科研舱的功用调试完成了:反射面能够动了,馈源支撑系统也能够盯梢了。

            这是在2017年8月27号,FAST榜首次完成了对固定方针元的盯梢。咱们一次盯梢了10分钟,一次盯梢了40分钟。咱们最忧虑的一件事便是望远镜能不能正常动起来——这个时分,有了答案。

            其时,我给南先生发了一条微信,他十分高兴。其实那个时分他现已身体很不好了,这也是我跟他最终一次沟通。

            剩余的,便是怎样完成望远镜的活络度。其实只需求做两件事:

            榜首,能不能把抛物做得完美——抛物面越完美,平行的电磁波打到抛物面上就越能聚集到点上。

            第二,能不能把接收机放到焦点的方位上——离焦点越近,搜集的信号就越强。

            可是这两件事,怎样分化?比方反射面的精度,要把丈量、操控、制作和装置这一系列精度分化到某一个可独立量化评估计,还要考虑技能计划能不能完成。整个进程是十分复杂的一个符号分化系统。

            举例来说,咱们现场丈量选用全站仪,它是一个比较简略的产品制品设备,花二、三十万就能够买一台。可是全站仪仅仅个相对方位的丈量设备,只能丈量方针点跟仪器自身的相对方位;而想要知道方针点的肯定方位,得首要要知道仪器自身的肯定方位。咱们在现场做了20多个基准站,但定位这些基准站是花钱也买不到的作业。

            现场高差大约150米,人从底下走上去不会有任何感受;但实际上,之间的气压会有25毫帕的改动。光穿过不同密度介质会有折射,500米标准下,气压改动导致的差错就会到达5到10个毫米。别的,一切全站仪都选用水准坐标系(也便是说,全站仪都指向地心的轴向方向),但在500米标准下,会有夹角带来的20毫米左右差错,所以还要考虑地球的曲率。

            通过半年左右的尽力,咱们开展了一套全新的丈量技能,把丈量精度最终做到1个毫米以内,是一个不太简单完成的水平。

            有了这些作业之后,FAST的活络度明显提高。到现在为止,它的活络度能够到达2700平方米左右水平——相当于美国Arecibo(国际第二大望远镜)的三倍左右;比较GBT(绿湾射电天文望远镜)、Effersberg(埃菲尔斯伯格射电望远镜)等百米级的望远镜,FAST活络度大约是它们的十倍。这也姜鹏:假如FAST作出了重要的科学发现,我期望人们能记住这背面的一个工程师团队是我国制作设备榜首次在活络度参数上到达了国际之最

            现在,科学上也现已有第一批科学效果了。

            咱们发现了许多脉冲星候选体,还探究到其他望远镜从未勘探到的脉冲星现象——包含一些咱们在上一年2月份勘探的毫秒脉冲星。毫秒脉冲星本来是费米望远镜在高能波段看到的,许多科学家都置疑它或许是个脉冲星。Arecibo和Effersberg对这个源看了好久,都没有找到;但FAST用一个小时盯梢,就把这个脉冲星寻觅到了。咱们把观测到的参数反馈给Arecibo之后,他们也找到脉冲星了;然后又反馈给费米望远镜,他们对曩昔八、九年的数据进行折叠,最终也找到了。科学家对脉冲星的品种或许有一些新的界说,第一批的科学效果现已宣布在《我国科学》杂志上。

            咱们团队为这个项目投入了许多芳华和汗水,南先生用最终的20年全力打造这台望远镜,我后来的第三代、第四代科学家也在生长,把咱们至少十年的芳华投入到这台望远镜,所以咱们对这个设备有许多感受和爱情——

            首要,是不能忘掉的初心。咱们要造的是一台好用的望远镜。咱们不是仅仅做国际最大——要做最大很简单,满地铺,总能铺出国际最大。但假如要做成好用的望远镜,便是不同难度等级的应战。

            第二,也对未来有夸姣愿景。咱们等待望远镜做好之后,未来的科学家们能用好设备。咱们也知道,严峻的科学发现不仅仅取决于设备的优秀功用,也不仅仅取决于科学家的敏锐洞察力,或许还需求一些命运。咱们诚心祝愿他们有满足的命运,能发生一些严峻原创发现。

            第三,必需要承受实际。咱们是工程团队,虽然目前为止工程做得如火如荼,但未来的舞台中心必定归于科学家。咱们也甘当绿叶,烘托他们的光芒。咱们工程团队就像铁打的营盘流水的兵,或许还会做其他的作业。

            最终,咱们也有一点苛求:等待假如FAST能有一些重要的科学发现,期望咱们还能记住这个大约100号人左右的团队,用了20多年的芳华,最终铸就了我国利器。

            谢谢咱们。

            讲演嘉宾姜鹏:《FAST:贵州群山深处,我国天眼正在张开》

            作者:姜鹏

            修改:吴欧、麦芽杨、凝音

            在“我是科学家iScientist”后台回复“讲演”,或许点击菜单栏“讲演”,即可看到更多科学家讲演。

            【拓宽阅览】观察国际,天眼已开。怎样,你还不知道?

            声明:该文观念仅代表作者自己,搜狐号系信息发布渠道,搜狐仅供给信息存储空间服务。
            请关注微信公众号
            微信二维码
            不容错过
            Powered By Z-BlogPHP