追踪宇宙大千

“天眼”里网罗宇宙智慧
7月3日,全球最大的单口径射电望远镜—500米口径球面射电望远镜,在贵州黔南布依族苗族自治州平塘县完成了最后一块反射面单元的吊装,至此,这个“观天巨眼”的主体工程已完工。柳工欧维姆公司此次承接了FAST的反射面索网工程,反射面索网可谓是“巨眼”的骨架,因为,FAST正是依靠索网的柔性伸缩,帮助反射面实现对宇宙现象的对焦、定位、追踪。图片 1编织成的“天眼”
“在我们施工的过程中,有一位专家打了个比方,中国皮影戏的人偶每个关节都很灵活,那是因为用了柔软的线去控制。如果改为了钢丝,那么人偶的活动恐怕就会变得僵硬了。”昨日,在柳工欧维姆公司,参与到FAST工程施工中的一位工程师,这样评价自己公司的杰作。
“观天巨眼”究竟强在哪?根据中国科学院国家天文台FAST工程总工艺师王启明接受新华社的采访时介绍,帮助反射面变位的2000多个液压促动器是通过伸缩实现精准定位、协同运动的。通俗地说,FAST的反射面,由欧维姆用钢索编织了一个整体形状似大锅、带有孔洞的钢索网,尔后,一块块“镜面”被“填”进这些孔洞里,最终形成了FAST的发射面。图片 2
“欧维姆做的反射面索网,是实现反射面精准定位、协同运动的关键。”柳工欧维姆总经理助理、FAST项目欧维姆总调度张升华介绍,简单来说,现在国际上大多数射电望远镜,都是依靠机械式的齿轮推动“大锅”转向去定位追踪星象,而FAST的最大创新,在于它的“大锅”是用索网织成的,这口“大锅”依靠柔性索网的伸缩,来协助反射面进行变位,进而去聚焦、定位、追踪。创新“摸石过河”
“要说这个项目难在哪?首先就是没有什么经验可以借鉴。”参与到FAST发射面索网施工的欧维姆一位工程师介绍,柔性索网作为支撑的射电望远镜,国内外都没有太多的现成数据和经验可以借鉴,整个索网的结构分析,都得靠欧维姆以及其它合作单位共同来摸索。
就比如连接6670根主索的2225个节点,每个节点都有一个坐标,也就是哪个点应该在哪一个空间位置,必须按照这个坐标施工,才可以保证整个索网的稳定。坐标的误差范围没有数据可参考,只能根据总体设计要求来自己摸索。“对某个瞬间的温度、风载进行分析,来进行误差计算。”这位工程师说,按原理来说,计算时的温度应该是20°,但施工现场不可能恒定在20°,也有可能是30°,所以就要反复计算修正,而2225个节点的计算量是非常大的。
张升华说,FAST的索网项目,对欧维姆来说几乎是“摸着石头过河”。例如,索网与反射面单元件连接的上部节点盘,一开始国家天文台并没有委托给欧维姆进行研究生产。然而,反射面的变位,与索网的伸缩息息相关,最终欧维姆承担起了这个重任。“一个节点有6个自由度。”张升华说,但这6个自由度不是随意变动的,有些要约束,有些不用,这些运动轨迹都要满足索网的变形要求。为了达到这样的控制,欧维姆花了两年时间去研究节点盘,最终生产出了合格的产品精益求精“织网”
“索网中一共有6670根主索,2225根下拉索,而在这8895根索中,同样的索不会超过10根。”张升华说,用来制作索网的索,长度在10米—13米之间,长度、大小其实用肉眼根本分不出来。但是这8895根索,每一根都有它固定的位置、安装顺序,绝对不允许搞错、搞反,这就是FAST对索网工艺的要求。图片 3
为了精益求精,欧维姆对每一根索都制作了“身份证”,即系统识别号,通过识别号来追溯索的安装位置和顺序。而安装整个索网,还有几万件的配件,这些配件都是“一个萝卜一个坑”,哪件安装在哪,也绝对不允许搞措,为此,欧维姆还为这些配件都配备了识别号。
从出厂开始,索网的索就必须平直运输,不允许有任何弯折,为此,欧维姆还专门制作了运输索的架子。“每一个索孔,都要安装反射面单元,必须非常贴合。”张升华说,索孔其实就是由几个索拉起来的,为了和反射单元严丝合缝,索的长度精度必须控制在正负1毫米范围内,因为一根索差了一毫米,累计下来就可能是几十毫米甚至更大的偏差。
据介绍,欧维姆此次担任的FAST反射面索网工程,获得了中国钢结构协会科技进步特等奖,同时已被授权两个发明专利,下一步,欧维姆还将继续对索网的应力和位移进行监控。今报记者辜丽娜
通讯员谭金红 刘丹丹

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