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直径110米!世界最大、精度最高全动射电望远镜进入最后建设阶段

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目前全球世界最大的射电望远镜是“中国天眼”,但全球最大的可移动式射电望远镜是美国的‌罗伯特·C·伯德绿岸望远镜(GBT)‌,位于美国西弗吉尼亚州,2000 年建成。其有效接收面为‌100 米×110 米‌(椭圆),重约‌7700 吨‌,高‌146 米‌,具备全向转动能力。



但我国‌有在建‌的‌两台全向可动式射电望远镜比它更大,分别是景东 120 米‌口径和‌中国‌在建‌的‌景东 120 米‌和‌奇台 110 米‌望远镜口径更大,但尚未交付使用。‌‌这两台射电望远镜都比美国的绿岸射电望远镜更大。‌‌



景东 120 米‌射电望远镜



奇台 110 米‌望远镜

今年8月18日,来自央视新闻的现场消息,坐落于新疆奇台县的110米口径全向可动射电望远镜(QTT,奇台射电望远镜)完成天线座架三层钢结构合拢,这座重达数千吨的“观天巨眼”装上了关键的支撑臂膀,标志项目主体结构正式迈入最后的设备安装阶段。



这台在建的全球精度最高百米级全向可动射电望远镜,将打破国外保持数十年的装备纪录,填补我国大口径可转动射电天线的短板,未来既会叩问宇宙深处的奥秘,也将为我国深空探测任务提供硬核技术底座。

很多人会把它和500米FAST“中国天眼”混淆,但二者定位完全不同,QTT的真正价值,恰恰就在于“可以转动”这四个字。



一座钢铁巨眼的建设历程:在天山脚下挑战工程极限

奇台射电望远镜选址新疆昌吉州奇台县半截沟镇,经过十多年的选址勘测,科研团队遍历天山周边48处点位,最终选定这片电磁干扰少、风力条件适配的山地台址。项目2022年9月正式开工,从地基到巨型钢结构的每一步,都充满对工程精度的极致考验。

2025年6月,项目完成土建主体中心塔混凝土封顶,建设从土建施工转向大型设备安装调试。为规避巨型建筑不均匀沉降风险,建设团队摒弃传统检测手段,采用行业前沿的自平衡法完成5600吨基桩承载力检测,连续七天七夜不间断监测,实现全部检测数据零误差,为数千吨重的天线主体筑牢地基根基。



而本次完成合拢的天线座架三层结构,是整个望远镜的力学心脏,它就相当于整个设备粗壮有力的臂膀,要稳稳托举超过3000吨的俯仰转动部件,能够带动110米巨大反射面实现水平方向完整360度旋转,灵活对准天空任意目标。

整个望远镜总重量超过6000吨,巨大的环形轨道表面平整度要控制在亚毫米级别,土建预埋螺杆的定位误差不超过2毫米,在山地环境完成这种级别的施工,本身就是国内大型装备建造的一次突破。



按照工程规划,望远镜预计2027年完成主体完工,2028年全面建成投入科学运行,届时这台扎根天山的钢铁巨眼,将正式望向浩瀚星空。

“能转动”才是核心:厘清射电望远镜的两类赛道

可能大家很容易将奇台QTT与贵州FAST中国天眼做简单对比,二者同为国之重器,但分属两条完全不同的技术赛道,不存在谁替代谁,更多的是强强互补。

FAST拥有500米超大口径,是全世界单口径最大的射电望远镜,但它属于固定式设备,依托喀斯特洼地建设,依靠底部数千个促动器局部改变球面形态,模拟抛物面完成观测,能够观测的天区范围存在天然限制,优势集中在低频段,宇宙信号捕获灵敏度极高。



而QTT属于全向可动(移动式)射电望远镜,也就是依靠机械结构实现方位、俯仰双轴转动,可以主动把天线精准对准目标天体,能够观测全天四分之三的天区,完整覆盖银河系中心以及天文研究极为看重的银心以南12°天区,这是FAST很难完整覆盖的观测区域。

通俗来讲,FAST更像固定安装在山谷里的超大口径“静态镜头”,而QTT是一台可以灵活转头、四处追踪目标的巨型“天文追踪相机”。



放眼全球已建成设备,美国绿岸望远镜GBT,长期保持世界最大已建成全可动射电望远镜的纪录,它采用椭圆偏轴设计,尺寸100米×110米,总重7700吨,还拿到吉尼斯世界纪录认证,被认定为全球最大可移动陆地结构。



但GBT是椭圆形反射面,而奇台QTT采用完整圆形110米口径,建成之后口径规格将实现超越。

在精度指标上,QTT指向精度达到角秒量级,一个通俗的比喻:相当于站在3.3公里之外,精准识别一个乒乓球大小的物体,这种极致精度,才能捕捉宇宙当中极其微弱的射电信号,有科研人员做过比喻,人类数十年收集到的宇宙射电信号总能量,仅仅够翻动一页纸,所以望远镜对定位、面形精度的苛求几乎达到工程极限。



除了QTT之外,我国还有处于研制阶段的景东120米JRT射电望远镜,它定位偏向脉冲星专项观测,侧重中低频波段;而QTT主打超宽频段,观测范围从150MHz跨越至115GHz,兼顾米波到毫米波,是一台通用型的百米级全可动设备,二者形成国内下一代大型可动射电设备的梯队布局。

对比来看,绿岸GBT工作频段约0.1‑116GHz,和QTT频段区间接近,但QTT在反射面面形控制、指向重复精度上有着新的技术突破,圆形完整口径也给甚长基线干涉(VLBI)联合观测带来更好性能表现,未来投入运行之后,会深度参与全球射电天文组网观测,提升我国在国际天文网络当中的话语权。

不止仰望星空:QTT的双重价值,前沿科学与国家任务并行

作为一台通用型世界级观测平台,QTT承载的科学目标覆盖当代天文学最热门的前沿方向。借助高灵敏度、宽频段、大天区覆盖的优势,它将投入纳赫兹引力波探测、脉冲星巡天、快速射电暴溯源、黑洞与星系核精细观测、暗物质、恒星与宇宙生命起源等一系列重大课题研究。

实际科研当中,经常会出现FAST率先发现一批奇异天体信号,再交由QTT开展高频段精细跟踪观测的工作模式,两台大国重器协同,形成一套从发现到深度解析的完整观测链条。

但QTT的意义,绝不局限于纯粹基础科研。很长一段时间,我国深空探测任务当中,缺少一台本土的超大口径全可动射电天线,在部分深空测控、导航定位、天体测量工作当中,要依靠海外的天线站点协作,存在现实条件约束。

QTT建成之后,将直接补齐这块短板,为月球、行星探测等国家重大航天任务提供重要技术支撑,承担深空信号接收、精密天体测量、轨道定标等现实工程任务,把深空测控的关键能力牢牢掌握在自己手中。



同时,项目规划当中还兼顾科普教育功能,未来望远镜基地会打造天文科普教育场所,面向公众开展天文科普实践,让遥远的宇宙科学走进大众视野,实现基础科研向社会科普价值的延伸。

大国重器背后:中国射电天文的技术突围

过去几十年,百米级全可动射电望远镜的标杆设备大多集中在欧美国家,德国的100米埃费尔斯贝格望远镜、美国绿岸GBT,代表了上世纪后期到本世纪初的工程水平。

而全可动望远镜的建造难度远高于固定式设备,要让数千吨的巨型金属结构,在温度变化、风力扰动下依旧维持亚毫米级面形,机械、伺服控制、材料、土建工程多学科要同时突破,很长时间里百米级可动天线就是一道很高的技术门槛。

奇台110米QTT,从地基检测、巨型钢结构设计制造,到主动面形调节系统、高精度伺服控制系统,大量核心装备实现国内自主研制。



天线主反射面依靠促动器主动修正重力带来的形变,副反射面采用碳纤维轻质材料搭配六杆并联机构,实时补偿环境带来的位置偏移,整套系统集成了国内多家科研院所、工程单位的技术积累。

当QTT在2028年正式投用,并不代表科研的终点,它更像是一个新起点。一方面它会和FAST形成国内射电天文的“一静一动”组合,另一方面还可以参与全球VLBI甚长基线干涉网络,和全球各地射电望远镜组网,等效形成横跨洲际的虚拟超大望远镜,进一步提升人类看清黑洞、星系喷流的分辨能力。

而后续景东120米脉冲星望远镜的推进,更说明我国已经进入批量研制世界级大口径可动射电装备的阶段,不再只是追随国外的建设经验,开始定义下一代射电观测设备的技术指标。

从FAST实现固定式超大口径的世界第一,再到奇台QTT冲击全向可动望远镜的世界巅峰,中国射电天文正在完成不同技术路线的全面布局。



QTT的建设告诉我们,大口径望远镜不只有“造得更大”这一条路,把数千吨钢铁巨物做到灵活转动、极致精准,同样是一场了不起的科技攀登。未来,在天山辽阔的山地之间,这座110米的钢铁“眼睛”,既会去破解宇宙诞生演化的千古谜题,也将守护我们奔赴深空的每一次远行。

消息来源:央视网8月18日报道《世界精度最高百米级射电望远镜完成核心结构安装 预计明年主体完工》
https://m.toutiao.com/is/GZosWAtv1rk/GZosWAtv1rk` Axw:/ q@e.Ox :8pm

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