天马望远镜 _生活百科

文章插图
天马望远镜天马望远镜（上海65米射电望远镜）为中国科学院和上海市的重大合作项目，坐落于上海松江佘山，是一个国内领先、亚洲最大、国际先进、总体性能在国际上名列前4名的65米口径全方位可动的大型射电天文望远镜系统。
【天马望远镜】2017年10月27日，天马望远镜接受了一次特殊“体检”——项目总体验收。专家组认为天马望远镜高质量地完成了各项研製任务，达到立项目标，通过总体验收。
基本介绍中文名：天马望远镜
外文名：Tian Ma telescope
建成时间：2012年10月
功能：可以观测到百亿光年外的天体
综合排名：亚太第一、世界第四
研发历程天马望远镜从2008年立项，到2012年落成，历时4年，按计画圆满地完成了项目任务各个阶段所涉及的天线系统、接收机系统、主动面系统、终端系统、台站控制、时频系统、测站建设以及天文试观测等任务。对所有技术指标进行的测试结果表明，天马望远镜所有技术指标均满足或优于任务书中技术指标的要求，实现了我们建设世界级大型射电望远镜的目标。天马望远镜以亚洲第一射电望远镜建成入选了中国科学院院士和中国工程院院士评选的2012年中国十大科技进展新闻、国家国防科工局组织评选的2012年度国防科技工业十大新闻、2012年上海十大科技进展第一名、2012年度十大天文科技进展。天马望远镜先后参加并成功完成了2012年的嫦娥二号奔小行星探测、2013年的嫦娥三号月球软着陆、2014年的嫦娥五号飞行试验器的VLBI测定轨任务，使中国VLBI观测网的灵敏度提高至1.7倍，大幅提高了VLBI系统的测量能力，为探月卫星的测定轨做出了卓越贡献。天马望远镜成功开展了谱线、脉冲星和VLBI的射电天文观测。探测到了包括长碳链分子HC7N在内的许多重要分子的发射和一些新的羟基脉泽源，探测到包括北天周期最短毫秒脉冲星在内的一批脉冲星，实现了对外开放。主要参数世界上第一台综合孔径望远镜于1962年建造完成，大大提高了观测解析度。为了更大幅度提高观测解析度，20世纪60年代末科学家们发展了甚长基线干涉测量方法（VLBI，Very Long Baseline Interferometry），採用独立本振技术，使得各个观测单元之间相互连线，口径等同于观测单元之间的距离（基线），望远镜间的基线长度原则上不受限制，地面VLBI可长达几千上万公里，空间VLBI可达几万公里，因此该技术是现代天文学中角解析度最高的一种观测手段。射电望远镜和接收机技术的每一次长足的进步都会毫无例外地为射电天文学的发展树立新的里程碑。中国科学院上海天文台对于天马望远镜系统的研製也正是这种发展趋势在中国射电天文学发展中的表现。天马望远镜整个天线结构重约2640吨，主反射面直径为65米。主要由天线基础、轨道、方位轮轨、座架、主反射面及调整系统、副反射面及调整系统、馈源及换馈系统、致冷接收机系统、VLBI观测终端及射电天文观测终端、时间频率基準系统及配套系统等组成。关键技术天马望远镜在各系统研发等多方面均有创新。下面按照望远镜各个组成部分逐一介绍各系统的关键技术及特点。（一）天线系统在天线系统研製过程中突破了许多关键技术，譬如：（1）天线结构保形设计技术：天线铝材面板和钢材背架之间的协调热变形、天线背架的选型及截面最佳化、天线背架与俯仰机构的连线方式、最佳吻合反射面算法等天线结构保型设计技术，克服大型抛物面天线随仰角改变、温度变化和风力影响及主面结构、副反射面支撑及天线座架引起大的形变。（2）主反射面精度保证：上海65米天线面板设计分为14圈，共1008块面板。面板面积平均3.3平方米，最大面积达到了5平方米。单块面板要实现0.1毫米的面型精度，除了克服风力、重力和温度形变外，主动面调整4支点安装，承受促动器千万次的反覆运动。（3）无缝焊接轨道：天线轨道直径42米，共分30段焊接而成。焊接经第三方探伤检测把关，焊缝不平度、表面硬度、剩余应力检验均符合技术要求。（4）五自由度副反射面随动技术：六连桿技术实现了副反射面五自由度（X、Y、Z、θX、θY）可调，实现了天线在不同仰角姿态的随动跟蹤控制。在不同仰角条件下获得微波光学的理想姿态，可得到全频段平坦的增益曲线。（二）主动面系统该系统是中国自主研发的第一个大型天线主动面系统，实现了零的突破。研製过程中解决的主要关键技术有：（1）高精度、高可靠性、长寿命促动器研製：在高精度触点开关、主动面系统专用电缆以及促动器结构设计上进行了多项创新设计，申请了多项国家专利。（2）高可靠性监视及其协同控制：合理的串并行组合汇流排设计和实时分散式协同监控，实现了1104台促动器控制回响时间不超过1秒。通过控制汇流排热备份设计，提高了监控的可靠性。（3）2016年，上海天文台利用离焦全息测量和相位相干全息测量等手段，建立了高精度的重力变形改正模型，实现了白天主反射面的热变形测量，把最高观测频率43GHz的接收效率在15-80度的任意仰角提高到了52%，为国际先进水平。（三）接收机系统天马望远镜系统设计配套L、C、S/X、Ku、X/Ka、K及Q等8个波段的低温接收机，7套馈源组合。截至2015年6月，已完成5套馈源6个波段低温接收机系统（L、C、S/X、Ku、X/Ka）的安装和调试。双波束K波段和双波束Q波段低温接收机也于2016年初完成安装与调试。（四）终端设备天马望远镜配备了VLBI数据採集终端CDAS以及单天线脉冲星和谱线观测的数字终端系统DIBAS（ Digital BAckend System）。上海天文台自主研製成功VLBI数字记录终端（CDAS），满足了VLBI国际联测的要求,实现了与国际VLBI终端设备的兼容，发展了千兆赫兹实时宽频数字下变频处理技术，具有1024 兆位/秒全频宽实时、高频率解析度(1赫兹)数位讯号处理能力。CDAS数字记录终端谱线和脉冲星天文观测终端DIBAS採用和美国国立射电天文台（NRAO）的合作方式，引进先进的终端研发技术，使上海65米射电望远镜能儘快做出好的科研成果，在提高射电天文科学研究方面起到重要的作用。3组双偏振中频输入。谱线观测频宽3.75 千兆赫兹。脉冲星非相干模式观测最大频宽为6千兆赫兹，相干观测模式频宽为2千兆赫兹。该设备2013年10月完成安装调试，满足各种天文观测功能要求。（五）控制系统控制系统包括天线系统（天线驱动、自动换馈、副面姿态和主动面控制）远程、记录设备、接收机以及外围设备（如时频、气象、压缩机、UPS、空调等）的控制，以网路技术为载体，构成台站控制网路。2012年10月完成天线控制上位机软体及中国VLBI网联测控制软体。天线运行满足了高指向精度、运动平稳、任务波段切换快捷、高可靠性、高安全性等要求。研发过程中涉及的关键技术包括多电机电消隙驱动、伺服複合控制和高精度指向技术等。（六）时频系统时频系统的创新点在于通过对氢原子钟物理及电子学部分的多项改进，提高了其性能指标。（七）测站建设测站建设包括天线基础、观测楼、测站配套等项工作。由于天线设计的自重和高精度指向保证，对天线基础稳定性提出了很高的要求。天马望远镜基础负荷达到整个基础静压力30000千牛顿，中心塔基处设备自重500千牛顿。天线滚轮为六组12滚轮，单点静压力为2500千牛顿。基础承受最大水平力2700千牛顿，并主要由中心塔基承受。基础应能承受最大倾覆力矩94220千牛米，最大扭转力矩20000千牛米。地基1年内不均匀沉降小于0.5毫米，并保持稳定。天马望远镜在天文研究中的套用包括：