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【工业之美】安装了这种机器人,可以让天体FAST看得更清楚

尊亿国际 2019-01-07 22:28 未知

 

但是仅靠钢索拉动并不能满足馈源舱所需的定位精度。FAST馈源支撑系统负责人朱文白此前接受央视采访时表示,换源时要求馈源舱达到每秒400毫米的移动速度,定位精度需达到10毫米。

作为世界上在建口径最大的单天线射电望远镜,FAST主要用于巡视宇宙中的中性氢、发现新脉冲星、探测星际分子、寻找地外文明等。

形似一口“大锅”的FAST反射面由4450块反射单元组成,它们绝大部分为三角形,每个单身单元背后都有一根与地面相连的下拉索。

对此,研究人员在馈源舱内搭配了并联机器人进行二次精调。

FAST馈源舱使用的六自由度Stewart平台型并联机器人,已经在航空、航天、海底作业、地下开采、制造装配等行业有着广泛的应用。

悬在反射面上空的馈源舱,是整个FAST接收和回传信号的最核心部件。它也要随着天体和反射面焦点位置的变化,完成快速移动和准确定位。

随着被观测天体的转动,反射面的下拉索会收紧或放松,带动反射面板的角度变化,从而在500m口径反射面的不同区域,形成直径为300m的抛物面。抛物面可以将天体目标发出的电波聚焦到焦点上,从而更好地实现信息接收。

脉冲星,一种具有极强磁场并高速自转的中子星,可以不断发出电磁脉冲信号,因此被科学家们称为“宇宙中最精确的钟”。

1967年,剑桥大学卡文迪许实验室的研究人员无意中发现了脉冲星PSR1919 21,这是人类发现的第一颗脉冲星。在那之后,借助各种望远镜“眼睛”的帮助,人们观测到了诸多特征各异的脉冲星。

参与系统研发的大连华锐重工集团股份有限公司表示,柔性六索并联系统可以牵引馈源舱在140-180米高空,207米口径、160米半径焦面空间内实现大跨度瞬时精确定位、定姿,空间位置定位精度小于48毫米,空间姿态定位精度小于1度。

现在,中国的研究人员们打造出了最强“天眼”,让脉冲星观测变得更加容易。启用两年来,“天眼”FAST (Five hundred meters Aperture Spherical Telescope,下称FAST)已经发现了53颗脉冲星、60颗优质候选体。

这只“天眼”位于贵州大窝凼洼地,口径有500米,有近30个足球场大的接收面积,主反射面的面积达25万平方米。

FAST主要通过抛物面,把采集到的信号反射到接收信号的馈源舱里,再由相应的信号处理系统对此进行处理。与此前全球口径最大的射电望远镜——美国的Arecibo相比,FAST的综合性能提升了近十倍。

目前,FAST的调试工作已接近尾声,预计将于明年完成验收,随后FAST开始全面执行脉冲星计时、搜寻地外生命等科学任务。

天眼FAST 图片来源:视觉中国索网结构示意图。图片来源:中科院反射面和抛物面。图片来源:中科院柔性并联索驱动系统和馈源舱内使用的并联机器人示意图。图片来源:中科院Stewart平台型并联机器人示意图

西安电子科技大学的研究人员称,装置在馈源舱底部的Stewart平台型微型刚性并联机器人,可以对馈源舱因悬索滞后、非线性以及风荷作用产生的震动进行精调补偿,从而使安装在该平台上的馈源,能以误差小于4毫米的高精度跟踪射电天体。

并联机器人,是指动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接,具有两个、或两个以上自由度且以并联方式驱动的一种闭环机构。具有精度高、速度快、动态响应好、承载能力强的优点。

为了让FAST看得更清楚,研究人员创新性地在反射面上使用了可以主动变位的索网结构,在馈源和馈源支撑系统上采用了并联机器人、柔性并联索驱动系统。

为了让馈源舱能在空中自由稳定地移动,天眼周边设有六座巨大的“馈源支撑塔”,高度为128-168米不等。每座塔都有一根钢索拉住馈源舱的一个角,把它悬吊在反射面上空。收放这六根钢索,就能拉着馈源舱在“锅里”浮动,满足收集信号的需要。

该系统还突破了传统射电望远镜中馈源与反射面相对固定的刚性支撑模式,将馈源平台的重量从近万吨降到了30吨。



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