国庆期间,若能望见天马望远镜的巨大身影,上佘山的游客大多会愿意与这台“亚洲最大射电望远镜”来张合影。就在望远镜现场,中科院上海天文台的科学家们正放弃假期休息,一如既往地忙碌着,随着第四套信号接收设备安装调试的完成,天马望远镜的性能又将得到提升。
到明年底,所有七套接收机将全部安装完毕,整体调试完成后,这只口径65米、身高70米的巨大“听天耳”将发挥出最佳性能:既能捕捉宇宙百亿光年深处的微弱的声音,又能为我国探月和火星等深空探测提供导航。
前瞻布局“落子”天马山
天马望远镜周边就是一片桃树林。春日桃花烂漫时,洁白高大的天线被衬得分外美丽。中国科学院院士、天文学家叶叔华每次提到天马望远镜,都颇感欣慰:“快20年了,我们使用了近30年的25米射电望远镜,终于有了接班人!”
离天马望远镜不远的佘山,建成于1986年的25米射电望远镜如今仍在观测不辍。不过,世界天文装置发展非常迅速,为保持我国该领域的先进地位,早在1993年,上海天文学家就提出要建一个更大口径的射电望远镜。
经过多轮选址,考虑到值守、观测等诸多条件,最终望远镜“落户”天马山。
最高工作频率可达50G赫兹的天马望远镜2012年落成后,即成为我国乃至世界的一台主干观测设备。上海天文台副台长沈志强介绍,新设备正按计划安装上天马望远镜,科学家在系统测试的同时,也积极参加国际联测。待完全建成后,天马望远镜的加入将使中国VLBI网灵敏度提高42%,使欧洲VLBI网灵敏度提高15%-30%。“在火星上打手机,它也能接到信号,中国未来深空探测中,天马无疑会发挥重要作用。”
攻下难题意味着打开市场
站在天马望远镜的面前,只能仰视到一个“大锅底”——半圆型天线的底部。它实在太大:直径65米的主反射面如同一口大锅,面积相当于9个篮球场。而这口“大锅”需要用1008块高精度实面板拼接而成,每块面板单元精度达到0.1毫米——代表了国内大尺度高精度面板设计与制造技术的最高水平。
这让承接天线任务的中电集团54研究所科研人员大挠头皮:这么高精度的活儿,从来没做过!沈志强解释,提出这样的精度要求,完全出于望远镜天文学研究的考虑。在天文观测上,望远镜对准天体的精度以角秒来计算,1角秒是1度的1/3600,而天马望远镜的最高对准精度将达3角秒。“在地面上偏了1角秒,即使对准离地球最近的月球上的目标,也会产生一二千米的误差,若观测更远天体,误差更不用说了。”他说。
为了实现这个精度,54所科研人员尝试了全新的技术手段。而更大的挑战,在支撑“大锅”转动的轨道:直径42米的轨道,要完全实现无缝焊接,确保轮子在滑过时不会产生额外震动,要求整个轨道的不平整度控制在0.5毫米以内。经过多番试验,他们终于焊接出了国内首个无缝轨道。54所首席专家杜彪告诉记者,为天马研制天线,为他们带来了20多项专利。今后若世界上有类似项目,他们也有了参与角逐的资本。
天线固然醒目,数据接收设备才是望远镜的心脏。天马接收的信号频率最高达50G赫兹,而超过30G赫兹的接收机,就难以找到国际合作者。天文台的科学家决定自己来啃“硬骨头”。负责人李斌介绍,他们不仅要设计各种元器件,还要建测试平台。尽管研发道路艰辛,李斌相信,这是一道通向世界技术先进舞台的阶梯,“未来中国若要建航天站,接收数据缺不了它。”
科学地标汇聚创新人气
2012年年底,刚竣工的天马望远镜,就成功参与完成了为嫦娥二号穿越“图塔蒂斯”小行星测定轨道的工作。去年年底通过中科院和上海市科委验收后,天马望远镜又成功为嫦娥三号奔月、落月测轨,挑战了大大超过嫦娥一号的技术指标。如今,科研人员正在为天马望远镜的正式开放进行着紧张的准备工作。沈志强透露,目前已发布了于11月中对国内团队开放天马望远镜脉冲星观测的通知,也已确认天马望远镜将作为VLBI网的一个强大单元,从2015年开始正式加入国际VLBI合作。