致力于攻克其天线结构与控制集成设计难题

■ 通讯员 肖岚

正在筹建中的新疆110米口径全可动射电望远镜（QTT）日前取得新进展，其关键技术研究正式获得国家973计划重大科学前沿领域立项支持。西安电子科技大学段宝岩院士带领的研究团队参与了这一工程项目，将致力于解决这一世界最大的全向可转动射电望远镜的天线结构与控制集成设计难题。

QTT项目将改变我国射电天文观测设备落后状况

新疆110米射电望远镜项目位于新疆昌吉州奇台县，是一个口径为110米的全方位可转动射电望远镜。该项目自启动以来，目前已经完成了台址选择、国际专家组论证、关键技术预研等前期工作，预计将于2020年末全面完成。这一射电望远镜建成后，将成为继美国100×110米GBT（Green Bank Telescope）、德国Effelsberg 100米口径射电望远镜之后，世界上口径最大的全向可转动射电望远镜，可大大改善我国射电天文观测设备长期落后的状况。

除满足天文观测需求外，QTT项目未来还可应用于深空探测、搜寻地外理性生命等，在高精度测轨、数据上下行等方面发挥重要作用。此外，通过相关技术突破和集成创新，QTT项目还将促进我国深空探测技术发展，显著提高地面对深空探测器信号的接收能力，并大力促进我国精密科学装备向高精度、高效率、高可靠性方向发展，提升相关高技术产业发展的技术基础，对国家安全具有重大意义。

段宝岩院士介绍说，QTT项目涉及众多高科技领域，如天线精密设计制造、高精度定位与测量、大尺度结构工程等，预计其天线重量将达到6000余吨、高度超过35层楼、口面面积约为23个篮球场大、面形精度0.3毫米、指向精度2.5角秒。“这些苛刻特性，对射电望远镜的天线结构刚度和反射面精度保型设计提出了前所未有的挑战。”

西安电子科技大学在天线设计领域有多年研究基础

在建设百米级高精度的射电望远镜涉及到的技术领域中，其结构设计和指向精度控制一直是需要突破的关键技术之一。

段宝岩院士介绍说，西安电子科技大学在大型射电望远镜的天线设计领域有多年研究基础。早在上个世纪80年代，在著名天线专家叶尚辉教授带领下，学校机电科技研究所就开始对这一领域进行了深入研究，提出了以求解最佳吻合抛物面方法实现天线保型设计的方案，并随着天线向高频段、高增益、大口径方向发展，积极开展了基于机电耦合的天线结构设计等工作。

据介绍，机电耦合理论与方法将贯穿QTT项目整个设计过程。如在反射面天线及其保型设计中，就需要进行基于机电耦合理论模型的机电耦合设计，以及旨在实现反射面保型的系统优化设计；而针对天线波束指向精度问题，还需要开展伺服系统结构与控制的集成设计等研究。

未来，在QTT项目中，段宝岩带领的研究团队将致力于解决以下难题：

研究复杂环境和全工况下反射体保型设计的技术要求，通过模型和仿真，建立最优化大口径天线保型设计模型；在此基础上研究机电集成设计方法，以电性能与结构性能最优为目标，得到更合理的天线结构设计参数；以大口径天线关键设备伺服系统为对象，研究结构与控制集成优化设计及高精度指向控制技术，为提升大口径天线的研制水平和创新能力提供坚实的理论基础。

QTT是西电继FAST之后参研的又一个大科学装备

射电望远镜是用来观测和研究来自天体的射电波的基本设备，其结构设计主要有全可动、非全可动两种类型。

据了解，西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室，已参与了国家九大科技基础设施之一、全球最大的非全可动500米口径球面射电望远镜项目（FAST工程），QTT则是学校继此之后参研的又一个大科学装备。

与QTT的主反射面与馈源全可动不同，FAST工程则是反射面固定、馈源移动的。段宝岩院士是该工程中三大自主创新之一“由大跨度柔索实现馈源高精度（毫米级）动态跟踪定位的光机电一体化创新方案”的提出者与创成者。据悉，FAST工程已于2014年1月顺利实现圈梁合拢，预计将在2016年完工并投入使用。

据介绍，作为两种典型的射电望远镜，QTT工作频率30MHz-117GHz，观测范围更广，可用于追踪，提高接收灵敏度，它将填补我国毫米波大型射电望远镜的空白；而FAST工作频率70MHz-8.8GHz，口径更大，针对一个带状区域的分辨率和灵敏度更高，能够获取更清晰的图像。

段宝岩院士介绍说，QTT与FAST有很强的互补性，将成为我国在超大口径射电望远镜网络（SKA）北天区计划，以及中国宇宙射电观测网（CVN）的重要组成部分，将为“两暗一黑三起源”等天体物理重大问题的研究提供重要的观测手段。