陕西西安墙体广告　9月25日，有着“超级天眼”之称的全球最大500米口径球面射电望远镜FAST在贵州平塘县正式启用。FAST作为我国自立立异的世界上最大的地理望远镜，从概念到选址再到建成耗时22年，为我国地理学跻身世界一流发明了条件。而这只“超级天眼”的立异计划计划为西安电子科技大学首提，“超级天眼”的眼球定位技能也是源自西电的才智。
　　1 立异计划计划西电首提 馈源体系由万吨级降至30吨
　　1993年，在日本京都举行了第23届世界无线电科联大会，包括我国在内的10国地理学家联合发起了缔造接纳面积达一平方公里的“新一代大射电望远镜计划”建议。为到达这个硬指标，又要工程上可施行、造价上可接受，像美国阿雷西博射电望远镜那样，运用喀斯特地貌缔造单口径射电望远镜就成为了必经之路。因而，缔造新一代望远镜的第一步，即是在喀斯特地势上寻找一个口径为500米的天然天坑。
　　1995年，我国地理学家总算在贵州南部找到了两个这么的方位，其中之一即是如今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。这儿不光有世界上最好的喀斯特地貌，像超大型碗相同的500米口径天坑；这儿还拥有地理观测必需的较为洁净的电磁环境。这一年，第三届世界大射电望远镜作业组会议也因而选在贵州举行，在这次会议上，西安电子科技大学茅於宽教授对于圆柱表面相位阵、王家礼教授对于低造价反射面的陈述，尤其是段宝岩教授所作的对于大射电望远镜馈源支持的光机电一体化立异计划的陈述，遭到了与会国内外专家的高度重视。
　　这一计划的中心即是将原阿雷西博计划中，用于支持线馈源的重达1000吨的钢构造，用计算机伺服体系操控的从6个塔顶伸出的6根大跨度的柔索来替代。一起，安置3台激光测距仪实时获取馈源的实践位姿，经过6索长度的自动调整，将馈源调回到电功能所答应的差错规模以内。“新计划不只可将馈源支持构造体系的自重降至约30吨，工程施行和造价变得可行，还克服了阿雷西博计划中构造稳定性方面的缺乏。”段宝岩解释说，假如新一代大射电望远镜阵照搬阿雷西博的计划计划，将会呈现三个难题：一是工程造价太高，远远超越国家社会对新一代大射电望远镜的接受程度；二是纯机械盯梢操控体系的精度低；三是工程难度大，500米口径时悬空背架的分量理论上快到万吨，工程施行难度极大。
　　新计划以光机电一体化技能替代了传统的纯机械技能，以软件替代了硬件，构造方式大大简化，降低了工程造价，使大射电望远镜阵工程的完结成为可能，当即引起了国内外同行专家的广泛重视与浓厚兴趣，被同行称为“革新式的立异计划”。随后，段宝岩担任了由国家地理台南仁东研讨员为主任的我国大射电望远镜推动委员会工程预研讨组组长，带领西电团队致力于关键技能的打破。这一光机电一体化馈源索支持计划，与运用贵州喀斯特地势缔造射电望远镜、立异性的自动球反射面一起，被誉为FAST工程的三大立异。
　　2 定位技能源自西电 保证精度不超越4毫米
　　FAST坐落在一个球形洼坑中。假如说球形洼坑是这只“观天巨眼”的“眼窝”，那么由悬索支持的馈源舱与馈源即是“观天巨眼”的“眼球”。段宝岩表明，FAST实践运用的馈源舱设备尽管与西电50米模型略有不同，但中心原理却是共同的，那即是运用Stewart渠道对馈源进行粗精两次调理。可以说，FAST的“眼球”定位技能恰是源自西电。
　　“立异计划计划中，咱们初次将动态悬索应用于望远镜馈源的构造支持，处理的主要是工程施行和造价疑问，但怎么打破关键技能，进而完结这个射电望远镜请求的总体功能，就成为了一个很大的应战。”段宝岩介绍说，新计划克服了阿雷西博计划的缺点，但对工程操控却提出了更高的请求。因为由悬索和馈源舱构成的舱索构造，具有非线性、大滞后、大惯性和弱刚度等特性，且在作业中不免遭到风荷等外界搅扰，仅靠悬索的操控很难使馈源舱到达指标请求的毫米级动态定位精度。鉴于此，段宝岩团队又提出了粗、精两级调理来完结馈源高精度动态定位定姿的计划。首要经过6根悬索对馈源舱完结粗调理，再经过安装在馈源舱内的Stewart渠道完结精调理。Stewart渠道上又散布了多个馈源，所以在进步定位精度的一起，还可完结多波段观测。段宝岩团队在研讨中初次提出了并联宏——微机器人概念。宏机器人体系为6根悬索驱动的馈源舱，完结馈源的大规模盯梢，保证馈源舱的差错在50厘米内；微机器人为6自由度Stewart渠道，完结馈源的准确定位，也即是4毫米。
　　据介绍，对FAST馈源舱的粗精两级调理是项目的关键技能之一，研讨中碰到的难题一个接着一个。比方，粗精两级调整的动力学耦合与复合操控，高精度动态激光检查，大跨度、柔性、推迟索系构造体系的建模与求解、品格颤振，齿隙、冲突等非线性因素对体系功能的影响，舱索构造对增益、副瓣电对等电功能的影响等等。再比方，根据历史数据计算，FAST所在地有记载的最大风速为每秒17米，为了保证馈源舱在这么的风速下依然安全作业，就必须进行风速模仿计算，然后猜测实践中风荷搅扰下悬索对馈源舱的可控精度，为操控体系的精度分配供给根据。与此一起，为了处理馈源舱在风荷下的稳定性，他们还在悬索上计划了阻尼设备，能起到耗散能量，降低悬索振动起伏的作用。
　　3 5米及50米验证模型研讨 为FAST缔造扫清技能妨碍
　　在进行500米实践工程前，为了对工程施行中将用到的有关技能进行验证，段宝岩带领的团队，先后于2000年、2002年和2008年，搭建了一个5米和两个50米等三个缩比验证模型。
　　第一个模型团队在试验室搭建了一个1：100份额的5米室内模型，其目的主要是验证基本理论和操控体系有关技能。这一模型的6个支持杆，均匀散布在直径5米的圆上。此外，为简略起见，用了一个直径40厘米重6千克的球冠模仿馈源舱。
　　第二个模型位于西安市南郊的沙井村，是一个1：10份额的50米室外模型。在这一模型中，6个支持塔的高度为15米，均匀散布在直径50米的圆上，馈源舱为直径2.5米的半球。试验中为了按捺振动，这一模型对6悬索并联体系计划还做了微调，增加了2根向下拉的悬索。在第二个模型中，运用的Stewart渠道是北京理工大学已有的制品，渠道底座尺度比理论值大，客观原因致使模型未能彻底依照1：10缩比尺度缔造。为此，后来他们又依照1：10的份额，在西安电子科技大学南校区缔造了第三个50米的等比试验模型。
　　在第三个模型中，塔、索、馈源舱、精调Stew art渠道悉数自立计划，试验结果表明，经过馈源支持体系的粗、精二级调整，精调渠道能够完结3毫米的定位精度和0.06角度的指向精度。
　　据介绍，在FAST馈源支持体系的研讨中，主要是西电和清华两个团组在做。“咱们缔造的缩比模型，验证了独立操控战略，粗精调操控算法，轨道计划战略和轨道盯梢操控等，阐明在工程上是有用可行的；以及后来清华的4塔计划20、50米模型、6塔计划40米模型，都对工程缔造有必定的指导意义。”段宝岩说，FAST是一个我国地理学家、科学家，以及工程承建单位团体才智的产品。这些不同份额的模型，为FAST缔造扫清了技能妨碍，共同为500米口径大射电望远镜的实践缔造积累了有利的工程经历。”
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