作者:高长安 蔡常山 高茜 来源:中国科学报 发布时间:2016/8/4 8:57:01
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助力“天眼”,探索宇宙边缘

 赵永生团队在FAST工程现场。

■本报记者 高长安 通讯员 蔡常山 高茜

近日,位于贵州省平塘县大窝凼的世界最大单口径射电望远镜——国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一——被誉为“天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)的最后一块反射面单元成功吊装,这标志着FAST主体工程顺利完工。

FAST工程的预研历时13年,全国20余所大学和研究所的百余位科技骨干参加此项工作,这其中就包含燕山大学教授赵永生和他的团队。

FAST核心部件馈源舱背后的团队

FAST 项目中高精度定位的接收机被称为馈源舱,是望远镜用来接受宇宙信号的装置系统。作为FAST的核心部件,馈源舱最大直径13米、高7.6米、重30吨,是集结构、机构、测量、控制等多种技术于一体的光机电复杂系统。

“如果把FAST比作一只‘眼睛’,馈源舱就好比‘眼球’,所有收集到的宇宙信号都要汇集到这里,我们的研发工作就相当于设计了‘眼球’内用于精确聚焦和调整视觉系统的‘视网膜’。如果这个‘视网膜’出问题,‘眼睛’看东西就会是模糊的。我们为馈源舱设计的运动系统就为‘天眼’作了精确的聚焦,为馈源舱准确工作提供了理论支持和技术指导。”赵永生用通俗而形象的比喻来解释馈源舱的原理。

说到赵永生团队与馈源舱的关系,就不得不提到上海65米射电望远镜。2012年10月落成的上海65米射电望远镜是目前亚洲最大、全方位可动的大型射电望远镜,由中国科学院、上海市人民政府和我国探月工程专项共同出资建造,在我国的嫦娥探月工程、火星探测及其他深空探测工程应用中作出了贡献。

2010年,赵永生团队与中国电子科技集团公司第五十四研究所开始建立合作,凭借在并联机器人理论及技术领域深厚的学术积淀,历时两年的时间,从理论分析、工程设计到系统集成、工程实施、调试完善,最终自主研制成功上海65米射电望远镜的关键部件——副反射面精调机构,副反射面的位置控制精度达到了0.05毫米,即一枚硬币厚度的1/32、姿态精度为10角秒,即秒针转过一个角度的1/216,圆满实现了天线高运动精度、严苛环境适应性及长期工作可靠性的要求,赵永生团队核心成员姚建涛这样描述上海65米射电望远镜的研发成果。

正是基于赵永生团队在与中电五十四研究所的亲密合作,双方在FAST项目的核心部件——馈源舱的研发中,再次走在了一起。在由五十四研究所负责、赵永生团队参与的馈源舱方案设计和工程实施过程中,赵永生团队巧妙地将原上海65米射电望远镜天线副面精调机构的相关技术,完美地应用到馈源舱系统的设计研发中。同时,他们还为馈源舱系统的方案确定、机构分析、结构设计、力学建模、特性仿真等方向提供了强有力的理论指导和技术支撑。

上海65米射电望远镜副反射面精调机构和FAST项目馈源舱位姿调整机构,两者在理论研究和技术上是相互传承的,并且后者做到了“青出于蓝而胜于蓝”。

人才培养,实践经验是财富

赵永生团队一直注重科学研究与人才培养的有机结合,着力构建综合实验平台,倡导研究生走出实验室,真正地将理论研究、实践积累充分应用到工程实际中去,极大地提高了人才培养的质量。在与五十四所共同研发的上海65米射电望远镜副反射面精调机构和FAST馈源舱项目中,赵永生团队先后培养出2名博士研究生和6名硕士研究生,其中参加上海65米射电望远镜项目的两位博士研究生段艳宾和窦玉超已经加入五十四所天线伺服部,成为FAST项目的业务骨干。此外,团队中还有不少研究生直接和间接地参与到项目的实践过程中。

“研究生是真刀实枪参与到工程项目的实际中的,从研一开始培养,选七八个实习生,锻炼基本的知识理论,学习设计方法,从机构学、结构设计、电控系统开发等角度将工作分配给研究生,给他们具体的分工、研发方向,同时也要求合作,这样与老师们一起合成一个团队,哪里薄弱就想办法增强,不断完善,最终把项目的方案确定下来,完成预期计划。”团队教师之一、指导过很多研究生的姚建涛说。

主要负责馈源舱力学分析的研三学生王鑫磊坦言:“结构很复杂,之前也没有接触过仿真软件,所以在刚刚接手这个项目的时候感觉很难。但在老师与学长的引导下,自己不断掌握新的知识,从一无所知到熟悉每个过程,一步一步,终于和大家一起顺利完成了这个项目。”

负责有限元分析的侯照伟说:“从研一接手到最后完成,用了整整一年时间。前期老师经常会过来指导,我们都是一边学软件一边做项目,对我们有很大的帮助。尤其是在研究行星框架简化时,花了整整三个月的时间,在这个过程中,姚老师给我们提出了非常重要的意见,让我们走出了瓶颈期。”

从不会到熟练,从仅仅知道FAST是个国家重大工程项目到清楚地了解馈源仓的组成结构,从课本上的理论到实际应用的跨越,从毫不相识到并肩作战,这些都是赵永生团队带给参与者的成长与蜕变。他们不仅收获了工程知识和工程经验,更体会到了无畏艰难、通力合作、求真求实的科研精神。

“这个过程虽然辛苦但是很有意义,学习了仿真分析的专业知识,也看到了老师和工程技术专家们兢兢业业、刻苦钻研、不畏艰苦的科研精神。参与这个项目,对我以后工作也有很大帮助,能让我承受住更多工作压力,更好地适应社会。”王鑫磊说。

《中国科学报》 (2016-08-04 第8版 校园)
 
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