在“2016年北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)名單中，天眼坐落在貴州黔南布依族苗族自治州、中國由中國天文臺(tái)主導(dǎo)，背后北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司(BIAD)等單位參與設(shè)計(jì)的事攻術(shù)難“500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡超大空間結(jié)構(gòu)工程創(chuàng)新與實(shí)踐”項(xiàng)目榮獲北京市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。《工人日?qǐng)?bào)》記者日前走進(jìn)BIAD，克多探尋中國“天眼”背后的個(gè)技故事。
中國天眼FAST項(xiàng)目反射面主體支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人朱忠義告訴《工人日?qǐng)?bào)》記者，天眼這個(gè)直徑500米、中國面積達(dá)30多個(gè)足球場(chǎng)大小的背后超級(jí)望遠(yuǎn)鏡，在工程師的事攻術(shù)難圖紙上并非平板一塊，而是克多由46萬塊三角形單元拼接而成。
據(jù)了解，個(gè)技這個(gè)構(gòu)想起初是天眼我國天文學(xué)家于1994年提出的，希望利用喀斯特洼地作為望遠(yuǎn)鏡臺(tái)址、中國建設(shè)可主動(dòng)變位的背后巨型球面望遠(yuǎn)鏡。中國科學(xué)院國家天文臺(tái)南仁東教授組織國內(nèi)外高校和科研院所進(jìn)行了大量的研究工作，并主持了FAST的建造工作。
“由于其內(nèi)置可移動(dòng)變位的復(fù)雜結(jié)構(gòu)索網(wǎng)系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)完全不同于一般的固定建筑，‘天眼’是可主動(dòng)變位的巨型球面望遠(yuǎn)鏡，精度控制要達(dá)到毫米級(jí)別。”朱忠義介紹說，“天眼”從預(yù)研到建成歷時(shí)22年，由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)主持建造。2011年底BIAD受國家天文臺(tái)委托，承擔(dān)“天眼”反射面主體支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及反射面板與主體結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的分析工作，簡單來說，就是研究如何完美“拼接”好這些復(fù)雜且瑣碎的構(gòu)件。
朱忠義說，承接這個(gè)項(xiàng)目之后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)情況要比想象困難得多。“當(dāng)初去貴州考察地形時(shí)，發(fā)現(xiàn)要把這個(gè)巨大的望遠(yuǎn)鏡放在這塊地質(zhì)和地貌都很復(fù)雜的巖溶洼地并不容易。”他說，由于邊界復(fù)雜，周圍環(huán)境高度落差大。支承柱高度就得在3米至50米不等，造成“天眼”的組成部分——圈梁、索網(wǎng)和基礎(chǔ)受力復(fù)雜，并且圈梁溫度作用明顯。
“天眼”設(shè)計(jì)對(duì)精度要求極為苛刻，如何克服地形和溫差的不利條件就成了設(shè)計(jì)中的一個(gè)大難題。為了啃下這塊硬骨頭，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)不停地想對(duì)策改方案，最后提出將柱子與圈梁隔開，通過一個(gè)徑向可動(dòng)支座進(jìn)行滑動(dòng)釋放。“就是用一種可動(dòng)的支座連接柱子和圈梁，而不是簡單地焊死，圈梁、索網(wǎng)受力和變形均勻，有利于望遠(yuǎn)鏡調(diào)整角度。”朱忠義說，為了在均勻溫度環(huán)境下作業(yè)，僅這一個(gè)測(cè)量和驗(yàn)算環(huán)節(jié)，就花費(fèi)了4個(gè)多月的時(shí)間。
科學(xué)界有一句行話叫做“百米極限”，說的是口徑超過百米的射電望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)高精度是世界難題。為了做到高精度，就要保障索網(wǎng)精度，BIAD的工程師嚴(yán)格把關(guān)索網(wǎng)精度，6000多根鋼索長度誤差均不超過1毫米。這樣，索網(wǎng)與圈梁牽固點(diǎn)位置精度也就有了保障。
高精度意味著高靈敏度。據(jù)介紹，“天眼”比美國Arecibo射電望遠(yuǎn)鏡的有效接收面積擴(kuò)大了2.3倍，靈敏度更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者。“天眼”反射面還可以實(shí)時(shí)調(diào)整形態(tài)，成為世界上獨(dú)一份的可主動(dòng)變位望遠(yuǎn)鏡。
地處深山，雨季綿長，蚊蟲橫飛，居住條件簡陋……但在BIAD的工程師看來，不管條件多艱苦，只要能讓世界看到中國制造和中國建造，看到有著北京設(shè)計(jì)范兒烙印的中國創(chuàng)造就來了精氣神。BIAD總經(jīng)理徐全勝說，職工的這種精氣神與多年來BIAD注重科研創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和輸送有著密不可分的關(guān)系。
