攻克 中国“天眼”背后的故事：攻克多个技术难题

在“2016年北京市科学技术奖”获奖名单中，位于贵州省黔南布依族苗族自治州、由中国天文台牵头、北京市建筑设计研究院有限公司参与的“500米球面射电望远镜超大空结构工程创新与实践”项目获得北京市科学技术一等奖。《工人日报》记者近日走进BIAD，探寻中国“天眼”背后的故事。五百米口径球面射电望远镜 FAST项目中反射镜主要支撑结构设计负责人朱告诉《工人日报》，这台直径500米、面积30多个足球场的超级望远镜，并不是工程师图纸上的平板，而是由46万个三角形单元组成。

据了解，这一设想最早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场地，建造一台具有主动位移的巨型球形望远镜。中科院国家天文台南教授组织国内外高校和科研院所做了大量的研究工作，主持了FAST的建设。

“由于其内置可移动位移的复杂结构索网体系，其设计与普通固定建筑完全不同。“田燕”是一台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，“”号从预研到建成历时22年，由中国科学院国家天文台建造。2011年底，BIAD受国家天文台委托，承担了“田燕”反射面主体支撑结构的设计和反射面板与主体结构连接节点的分析。简单来说，就是研究如何完美地“拼接”这些复杂琐碎的组件。

朱说，承担这个项目后，发现现实比想象的困难得多。“我第一次去贵州考察地形的时候，发现要把这个巨大的望远镜放在这个地质地貌复杂的喀斯特洼地里并不容易。”他说，由于边界复杂，周边环境高度差较大。支撑柱的高度必须在3米至50米之间，导致圈梁、索网和基础受力复杂，圈梁温度效应明显。

“天眼”的设计对精度要求极高，如何克服地形和温差的不利条件成为设计中的一大难题。为了啃下这块硬骨头，项目组不断思考对策和变化，最终提出将立柱与圈梁分离，通过径向活动支架滑动。“就是用一个活动支架把立柱和圈梁连接起来，而不是简单的焊接。环梁和索网受力均匀，变形均匀，有利于望远镜调整角度。”朱说，为了能在温度均匀的环境下工作，只用了四个多月的时间就进行了测量和检查。

科学界有一句行话叫“百米极限”，说直径超过100米的射电望远镜，要达到高精度，是世界上的难题。为了达到高精度，必须保证索网的精度。BIAD工程师严格控制索网精度，6000多根钢索长度误差小于1毫米。这样就保证了索网与圈梁之间锚固点的位置精度。

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，灵敏度远高于后者。“田燕”的反射面还可以实时调整形状，使其成为世界上唯一一台有主动位移的望远镜。

　　地处深山，雨季绵长，蚊虫横飞，居住条件简陋……但在BIAD的工程师看来，不管条件多艰苦，只要能让世界看到中国制造和中国建造，看到有着北京设计范儿烙印的中国创造就来了精气神。BIAD总经理徐全胜说，职工的这种精气神与多年来BIAD注重科研创新人才的培养和输送有着密不可分的关系。