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地质科技,托起了“中国超级天眼”

2017-8-31 16:39:18 来源:中国矿业报社 作者:特约记者 欧德琳

贵州省地矿局111地质大队的地质人员面对常年要奋战在高山峡谷的野外环境,投入项目的选址、勘察、台址地质灾害巡查及治理设计、台址稳定性监测等工作,一干就22年,为项目顺利实施提供了坚实的保障,谱写了一曲新时期地质人的“三光荣”精神赞歌。

2016年9月25日,贵州省平塘县。具有中国自主知识产权、世界最灵敏、全球最大的500米口径球面射电望远镜(FAST)在这里正式启用。该射电望远镜有着“中国超级天眼”之称,将广泛应用于导航、定位、航天、深空探测等领域,是中国科学院和贵州省人民政府共建的“十一五”国家重大科技基础设施建设项目,面积达25万平方米,相当于30个标准足球场。从理论上说,该射电望远镜能接收到137亿光年以外的电磁信号。有了该望远镜项目,中国在未来20~30年间,可在最大单口径望远镜项目上保持世界一流地位。中国科学院国家天文台主持建设FAST项目的周期长达22年,贵州省地矿局及下属111地质队为项目建设提供选址、勘察、监理、监测等全过程的地质科技支撑服务,为项目顺利实施提供了坚实的保障。

喀斯特洼坑中建“天眼”,有何自然条件?

500米口径球面射电望远镜选在贵州省平塘县克度镇大窝凼洼地中建设,主要以天然的喀斯特洼坑作为台址,洼坑内铺设数千块单元组成冠状主动反射面,采用轻型索拖动机构和并联机器人实现接收机高精度定位,这是中国的自主创新。项目充分考虑地质环境,利用天然的喀斯特峰丛洼地作为台址,节省人力物力,其自然条件久经检验。喀斯特峰丛洼地是以溶蚀作用为主形成的岩溶地貌,峰脚呈高低不一的塔状、锥状,峰丛间有溶蚀洼地(或溶蚀漏斗)的地貌组合,主要分布在贵州高原边缘的斜坡地带,以及红水河、南盘江、北盘江及其一级支流两侧,等等。峰丛洼地里做“天眼”,因其有溶蚀漏斗,雨水很快流掉,而在其他地方挖一个人工坑,费财费力不说,一下暴雨大都变成水的天地。“中国超级天眼”所处的平塘县雨量充沛,但当地的喀斯特地貌恰恰具备岩石透水性。此处的天然喀斯特地貌正利于排水。

“中国超级天眼”,科技含量在哪?

在“中国超级天眼”之前,世界上最大的射电望远镜是美国的阿雷西博(Arecibo)300米口径射电望远镜。该望远镜是固定望远镜,不能转动,只能通过改变天线馈源的位置扫描天空中的一个约20度的带状区域。而“中国超级天眼”的球冠张角达到110~120度。其馈源平台重达1000多吨,几乎等于用固定轨道把平台架设在半空,这样的设计有利于馈源的定位,却缩小了观测角度。

“中国超级天眼”的反射面系统由支撑塔、索网结构和反射面面板等部分组成,其索网结构可以随着天体的移动变化,带动索网上的4450个反射单元,在射电源方向形成300米口径瞬时抛物面,从而极大地提升观测效率。而主动反射面让“中国超级天眼”拥有更广的观测范围。与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比,灵敏度提高约10倍。“中国超级天眼”结构虽然复杂,但是走轻量化路径,成本大大降低了,其索网结构的一些关键指标远高于国内外相关领域的规范要求。例如,主索索长控制精度须达到1毫米以内,主索节点的位置精度须达到5毫米,等等。同时,索网采取主动变位的独特工作方式,即根据观测天体的方位,能在500米口径反射面的不同区域形成直径为300米的抛物面。

“中国超级天眼”馈源舱(即接受最初信号反馈的仓储)是其接收和回传信号的最核心部件,整个射电望远镜的反射面所接收到的全部宇宙信号,都靠它来收集。“中国超级天眼”在该核心部件采取了轻型索支撑馈源平台方案,把馈源舱减重到30吨,重量不到美国阿雷西博射电望远镜的1/30。“中国超级天眼”覆盖天顶角是美国阿雷西博望远镜的2倍,并通过并联机器人二级调整,最终在降低建造成本的同时,实现毫米级高精度定位,这些技术很多是有自主知识产权的,而这些由国内顶级企业建造完成。

通过“中国超级天眼”,人类可以观测脉冲星、中性氢、黑洞等这些来自宇宙的信息,甚至有更大机会捕捉外星生命的信号。

“中国超级天眼”的地质科技支撑

“中国超级天眼”项目从立项、选址到建成,历经艰难。这其中项目研究的科研人员是值得尊敬的,包括广大地质科技人员在内的科研人员真正生活在静默区,默默奉献。贵州省地矿局111地质大队在这个平台上精彩地书写了地质工作新篇章。面对常年要奋战在高山峡谷的野外环境,贵州省地矿局111地质大队的地质人员投入项目的选址、勘察、台址地质灾害巡查及治理设计、台址稳定性监测等工作,一干就22年,谱写了一曲新时期地质人的“三光荣”精神赞歌。

项目所在地的大窝凼,距离通往平塘县城的公路有11千米,无法直接用车辆运送钻探设备、施工管材、抽水设备、水管、实验设备等到施工现场,只能靠项目组的工人将设备拆成零部件,然后人工肩挑背扛各种零部件到施工现场,再重新进行组装。项目组成员要仔细查清场地及周边的断层、地质构造、地下水环境、地质灾害等,要查清场地内每一个地质单元及各种物理和化学指标,岩溶、裂隙、危岩堆积体、崩塌堆积体以及滑坡等不良地质现象,以便为项目建设及设计提供准确的数据、依据及基础资料。工作中,技术人员勇挑重担,从不拈轻怕重,越是艰苦越向前冲,从研究分析样品、查看岩芯到查找问题,大家以饱满的工作热情、扎实的工作作风、科学严谨的态度,取得了优异的成绩:顺利开展了10余项野外地质工作;先后编写了10余个项目的设计、报告。承担项目的地质工作者老少皆有,他们一年当中大部分时间驻守在项目区,或在野外工作,或忙于整理资料,长期远离亲人。

一句话,“中国超级天眼”项目的22年,也是这些地质工作者无怨无悔奉献青春年华的22年。□

编辑:宫莉

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