段寶巖解釋說(shuō)，如果新一代大射電望遠(yuǎn)鏡陣照搬阿雷西博的設(shè)計(jì)方案，將會(huì)出現(xiàn)三個(gè)難題：一是工程造價(jià)太高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家社會(huì)對(duì)新一代大射電望遠(yuǎn)鏡的接受程度；二是純機(jī)械跟蹤控制系統(tǒng)的精度低；三是工程難度大，500米口徑時(shí)懸空背架的重量理論上將近萬(wàn)噸，工程實(shí)施難度極大?！靶路桨覆粌H可將饋源支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的自重降至約30噸，工程實(shí)施和造價(jià)變得可行，還克服了阿雷西博方案中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的不足?！?img id="undefined" border="0" hspace="10" vspace="10" src="/_mediafile/xadzkjdx2/2016/07/05/229zbxptrx.jpg" width="500" height="333" style="width: 482px;float: right;height: 311px" />
這一新方案以光機(jī)電一體化技術(shù)代替了傳統(tǒng)的純機(jī)械技術(shù)，以軟件代替了硬件，結(jié)構(gòu)形式大大簡(jiǎn)化，降低了工程造價(jià)，使大射電望遠(yuǎn)鏡陣工程的實(shí)現(xiàn)成為可能，當(dāng)即引起了國(guó)內(nèi)外同行專(zhuān)家的廣泛關(guān)注與濃厚興趣，被同行稱(chēng)為“變革式的創(chuàng)新設(shè)計(jì)”。
隨后，段寶巖擔(dān)任了由國(guó)家天文臺(tái)南仁東研究員為主任的中國(guó)大射電望遠(yuǎn)鏡推進(jìn)委員會(huì)工程預(yù)研究組組長(zhǎng)，帶領(lǐng)西電團(tuán)隊(duì)致力于關(guān)鍵技術(shù)的突破。如今，F(xiàn)AST工程，饋源部分就直接采用了段寶巖提出的六索驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案。這一光機(jī)電一體化饋源索支撐方案，與利用貴州喀斯特地形建造射電望遠(yuǎn)鏡、創(chuàng)新性的主動(dòng)球反射面一起，被譽(yù)為FAST工程的三大創(chuàng)新。
【智慧二：“眼珠”定位技術(shù)源自西電】
粗精兩級(jí)調(diào)整平臺(tái)，確保饋源定位精度達(dá)到4毫米
根據(jù)資料顯示，F(xiàn)AST選擇在貴州南部喀斯特地形中一個(gè)500米級(jí)的球形洼地中建造，洼地內(nèi)鋪設(shè)主動(dòng)反射面。建成后的工作原理是，被饋源照明部分的球形反射面，可實(shí)時(shí)地調(diào)整為一個(gè)拋物面，從而可用傳統(tǒng)的拋物面望遠(yuǎn)鏡的饋源照明技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)寬帶觀(guān)測(cè)。
如果說(shuō)球形洼地是這只“觀(guān)天巨眼”的“眼窩”，那么由懸索支撐的饋源艙與饋源就是“觀(guān)天巨眼”的“眼珠”。FAST實(shí)際使用的饋源艙裝置雖然與西電50米模型略有不同，增加了A、B軸進(jìn)行調(diào)控，但核心原理卻是一致的，那就是利用Stewart平臺(tái)對(duì)饋源進(jìn)行粗精兩次調(diào)節(jié)。可以說(shuō)，F(xiàn)AST的“眼珠”定位技術(shù)正是源自西電。
“創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案中，我們首次將動(dòng)態(tài)懸索應(yīng)用于望遠(yuǎn)鏡饋源的結(jié)構(gòu)支撐，解決的主要是工程實(shí)施和造價(jià)問(wèn)題，但如何突破關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)這個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡要求的總體性能，就成為了一個(gè)很大的挑戰(zhàn)?！倍螌殠r介紹說(shuō)。
FAST反射面曲率半徑300米，開(kāi)口角120度，口徑520米，天空覆蓋最大觀(guān)測(cè)天頂角60度，工作時(shí)理論轉(zhuǎn)速為每秒1厘米，工作頻率最高為8.8G赫茲?！鞍堰@一大段技術(shù)指標(biāo)，簡(jiǎn)化為一個(gè)聽(tīng)得懂的數(shù)字，那就是要確保6根懸索控制的饋源艙中的饋源，實(shí)現(xiàn)不超過(guò)4毫米的動(dòng)態(tài)定位精度。”
“新方案克服了阿雷西博方案的弱點(diǎn)，但對(duì)工程控制卻提出了更高的要求?！庇捎谟蓱宜骱宛佋磁摻M成的艙索結(jié)構(gòu)，具有非線(xiàn)性、大滯后、大慣性和弱剛度等特性，且在工作中難免受到風(fēng)荷等外界干擾，僅靠懸索的控制很難使饋源艙達(dá)到指標(biāo)要求的毫米級(jí)動(dòng)態(tài)定位精度。
鑒于此，段寶巖團(tuán)隊(duì)又提出了粗、精兩級(jí)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)饋源高精度動(dòng)態(tài)定位定姿的方案。首先通過(guò)6根懸索對(duì)饋源艙實(shí)現(xiàn)粗調(diào)節(jié)，再通過(guò)安裝在饋源艙內(nèi)的Stewart平臺(tái)實(shí)現(xiàn)精調(diào)節(jié)。Stewart平臺(tái)上又分布了多個(gè)饋源，所以在提高定位精度的同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)多波段觀(guān)測(cè)。
基本原理很簡(jiǎn)單，但如何突破這一技術(shù)難題卻沒(méi)有現(xiàn)成的辦法。“這類(lèi)射電望遠(yuǎn)鏡懸索式饋源艙支撐系統(tǒng)，理論上屬于并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)范疇，當(dāng)時(shí)國(guó)際上關(guān)于這一領(lǐng)域的研究尚處于探索階段，沒(méi)有形成系統(tǒng)的理論與方法?！倍螌殠r介紹說(shuō)，他們?cè)谘芯恐惺状翁岢隽瞬⒙?lián)宏-微機(jī)器人概念，從理論上建立了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)方案及策略進(jìn)行了初步驗(yàn)證。
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