克服地形温差等不利条件：“天眼”背后的故事

在2016年北京科技奖获得者中，位于贵州省黔南布依族苗族自治州、由中国天文台牵头、北京建筑设计研究院有限公司(BIAD)等单位参与设计的“500米球面射电望远镜超大空间结构工程创新与实践”项目获得了北京市科技奖一等奖。《工人日报》的一名记者最近走进BIAD，探索中国“天眼”背后的故事。

中国天眼快中子工程反射器主要支撑结构设计负责人朱在接受《工人日报》采访时表示，这个500米直径的超级望远镜占地30多个足球场，在工程师们的图纸上不是一块平板，而是由46万个三角形单元拼接而成。

据了解，这一想法最初是由中国天文学家在1994年提出的，希望利用喀斯特洼地作为望远镜的场地，建造一个能够主动位移的巨型球形望远镜。中国科学院国家天文台的南教授组织国内外高校和科研院所开展了大量的研究工作，主持了FAST的建设。

“由于其具有内置可移动位移的复杂结构索网系统，其设计与普通固定建筑完全不同。“天眼”是一个具有主动位移的巨型球面望远镜，其精度控制应达到毫米级朱说，“天眼”是在中国科学院国家天文台的支持下，经过22年的前期研究完成的。2011年底，BIAD受国家天文台委托，承担了“天眼”反射镜主体支撑结构的设计以及反射镜与主体结构连接节点的分析。简单地说，就是研究如何完美地“拼接”这些复杂而琐碎的组件。

朱表示，项目实施后，要找到真实情况比想象的要困难得多。“当我第一次去贵州考察地形时，我发现把这个巨大的望远镜放在这个地质和地形复杂的喀斯特洼地里并不容易。”他说，由于边界复杂，周围环境的高度大大下降。支撑柱的高度必须在3米到50米之间，这就给作为“天眼”组成部分的圈梁、索网和基础带来了复杂的应力，圈梁的温度效应也很明显。

“天眼”的设计要求极其严格的精度。如何克服地形和温差的不利条件已成为设计中的一大难题。为了啃掉这块硬骨头，项目组一直在思考对策和计划，最后建议将柱子从圈梁上分离出来，用一个可径向移动的支架滑动将其释放。“它是用一个可移动的支架来连接柱子和圈梁，而不是简单地把它们焊接死。环梁和索网受力变形均匀，有利于调整望远镜的角度。”朱说，为了在一个统一的温度环境下运行，这一测量和检查环节花了4个多月的时间。

有一个科学术语叫做“100米极限”，指的是世界上直径超过100米的射电望远镜要达到高精度的难题。为了达到高精度，必须保证电缆网的精度。BIAD工程师严格检查电缆网的准确性。6000多根钢索的长度误差不超过1毫米，这样就能保证索网和圈梁锚固点的位置精度。

高精度意味着高灵敏度。据报道，“天眼”的有效接收面积是美国阿雷西博射电望远镜的2.3倍，它的灵敏度比后者高得多。“天眼”的反射面也能实时调整其形状，成为世界上唯一的主动位移望远镜。

地处偏远山区，雨季长，蚊子到处飞，生活条件差...但在BIAD的工程师看来，无论条件有多艰难，只要世界能看到中国制造和中国制造，看到中国创造的北京设计风格的品牌，它就会充满活力。BIAD总经理徐全盛表示，员工的活力与BIAD多年来重视科研创新人才的培养和输送密切相关。