FAST·创新∣美丽天眼的“千变万化”：4450块反射面单元组成一口巨大的变形金锅

 葱绿的群山环抱着直径500米的天眼，植被茂密的青山是自然的宠儿，而银白色的铝合金“大锅”则是科学家和工程师们创造的奇迹。在这里，自然与科学水乳交融，共同构成震撼人心的画面。

“这口大锅，由4450块反射面单元组成，每块单元又由100块直径大约1.1米的面板子单元拼装而成。看起来只是庞大的数量，但是实际上，从研发到生产到拼装，每一个细节都闪耀着科技的光辉。” 54所FAST反射面系统总设计师郑元鹏在接受记者采访的时候感慨地说。FAST项目的反射面板是用平面去装配球面。郑元鹏介绍，直径500米的球面要拆解成一块一块的平面子单元，子单元的大小是有讲究的，并非拍脑袋就能决定。太大了，拼装成的球面就不够平整圆润，太小了，就会成倍增加施工的成本和难度。经过反复测算，最终子单元设定为边长1.1米左右的三角型。

反射面单元并非是“铁板一块”，而是布满了密密麻麻的有规则的孔洞。“这些孔洞的直径是5毫米。这也是经过反复测算的。再大就会影响无线电波的接收，再小就会影响透光、透水和防风性能，也会增加面板的重量。”郑元鹏说。

要想用平面装配出完美的球面，对面板生产和拼装的精度控制就至关重要。“面板的材质是铝合金，其生产精度要控制在1.5毫米以内。可是，不管什么材质都是有自身重量的，经过力学分析和实验证明，面板铆接成形后的重力变形量在1.35毫米左右，给加工的变形余量只有0.15毫米，这在实际生产中很难实现。如何克服自重带来的变形，我们想了很多种办法。”FAST反射面总工艺师张万才说，“经过多方尝试，我们发现，在200公斤左右的力作用下，面板会向外扩张零点几毫米。在这个力的作用下，把面板铆接成形，当把外力撤掉时，面板上就形成了拉应力。它就不会变形了。”为此，张万才带来工艺师专门设计了一个工装，通过扳手螺旋加力把拉应力固化下来。“这样成功率很高，此后在平面度这个环节上几乎没有废品了。”

FAST反射面系统项目团队技术人员在现场讨论

“拼装精度也很重要。要想使球面平滑，每块面板单元的拼装精度要控制在2毫米内。”FAST面板现场负责人曹江涛介绍，“100块面板子单元拼装出的，是一个完美光滑的抛物面。通过调整螺丝的高度，用螺丝的升降，有效的调整曲率，从而达到精度要求。”

此外，4450块反射面单元根据在望远镜球面中的位置和功用不同，共有431种类型，而每个单元的100块基础面板又分为7种类型。“不同类型的面板子单元，虽然形态、大小各异，但是肉眼上根本看不出差距。这对我们的管理提出了很高的要求。”曹江涛说。

据悉，中国电科54所用了11个月的时间，按期完成了反射面研制生产和拼装任务。

“这么大口径的反射面，在世界上是前所未有的。FAST不仅是一口超级大锅，还是一口史无前例的变形金锅。众所周知，球面是不能反射信号的。我们的反射面单元安装在像蜘蛛网一样覆盖的索网上，索网的每个节点都连接一个促动器，需要观测某一区域的时候，促动器会带动相关的反射面单元在大锅上形成一个直径300米的抛物面，就好像是大锅上的一个小碗。当观测区域变化的时候，促动器会随之带动反射面单元形成千变万化的‘小碗’，扩大观天的范围，提高信号的接收广度。”郑元鹏指出。