射电望远镜面板精密成形原理与应用

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射电望远镜的研究与应用

射电望远镜的研究与应用

射电望远镜的研究与应用射电望远镜是一种利用射电技术来接收、处理和分析来自宇宙空间的电磁波信号的望远镜。

它可以探测到远古宇宙中的星系、星云和高能天体等,可以帮助天文学家们研究和解读宇宙的奥秘,甚至还可以用于搜索外星智慧生物的信号。

射电望远镜的研究和应用已经成为现代天文学的重要组成部分。

一、射电望远镜的发展历程射电望远镜的发展可以追溯到二十世纪三十年代初,当时荷兰物理学家奥波尔特·吉-斯密特(Oort)首次提出利用射电技术来研究天体。

在接下来的几十年里,美国、英国、加拿大、澳大利亚等国家相继建造了一大批射电望远镜,对宇宙中的射电波进行了探测和研究。

其中,1962年澳大利亚的洛巴赫天文台投入使用的64米口径射电望远镜被认为是当时世界上最先进的射电望远镜。

1983年,中国也建立了自己的第一座射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST),这是一个具有里程碑意义的事件。

目前,全球范围内已经有400多座射电望远镜在运行。

二、射电望远镜的分类及特点射电望远镜可以按其口径大小分为小口径和大口径两类。

小口径射电望远镜主要用于测量太阳和银河系等较小尺度的星系,如美国的VERY LONG BASELINE ARRAY(VLBA);而大口径射电望远镜则可以用于研究更远的星系和宇宙射线等高能天体,如世界上最大的500米口径球面射电望远镜(FAST)。

射电望远镜还可以按其构造形式分类,可以分为单天线、阵列和干涉仪三种。

单天线是指只有一个接收器的望远镜,它们通常由一个碟形抛物面和一个接收放大器组成。

阵列是由多个单天线组成的,可以增加信噪比和灵敏度。

而干涉仪采用了多个单天线组成的阵列,可以产生更精确的图像。

射电望远镜具有灵敏度高、波长长、穿透力强等特点。

它可以探测到宇宙中的氢气、分子氢、原子和离子等的信息,从而研究星系的构成、演化和动力学,推断宇宙的年龄、形态和起源等。

此外,射电望远镜对于研究宇宙射线、宇宙微波背景辐射、暗物质和暗能量等也有着重要的意义。

射电望远镜的工作原理

射电望远镜的工作原理

射电望远镜的工作原理
射电望远镜是一种能够接收和探测远程天体的电磁辐射的专业设备,其工作原理基于
电磁学和天文学知识。

射电望远镜由反射镜和接收系统组成,主要通过以下步骤来工作:
1. 接收器物理原理
射电望远镜主要接收电磁波的辐射。

根据麦克斯韦方程组,我们知道运动的电子会辐
射电磁波,因此射电望远镜主要努力的是发现天体辐射发出的射频信号。

2. 收集信号
反射镜的形状很重要,它们能够把信号聚集起来,并专注于接收器上一个很小的区域。

因此,反射镜的形状必须是精确的,以保持最佳收集效率。

当天体辐射进入反射镜后,就
会集中到接收器的一个焦点上。

3. 放大信号
该信号通常非常弱,必须进行放大才能进行精确度量和分析。

在信号被放大后,其特
征将被测量并记录。

接收器通常通过类似于测量电路的方法来放大和处理这些信号。

4. 数据分析
仅仅接收到信号还远远不够,我们还必须深入数据,来获得有关信号来源的更多信息,并且提取有用的数据。

此时,我们需要使用各种计算机技术和算法来进行数据处理,以实
现精准的结果。

射电望远镜的这些步骤可以在很短的时间内完成,因此我们可以收藏大量有关天体辐
射的突破性数据。

通过这些数据,我们能够更好地了解天体辐射的特征,从而更好地研究
和解释宇宙的各种现象。

射电望远镜及其在天文学中的应用

射电望远镜及其在天文学中的应用

射电望远镜及其在天文学中的应用射电望远镜是一种特殊的望远镜,能够接收和探测宇宙中的射电信号。

射电望远镜的发展开创了一个新的领域,它不仅扩展了我们对宇宙的认识,还为天文学家们揭示了许多未知的宇宙奥秘。

本文将介绍射电望远镜的原理和在天文学中的应用。

射电望远镜原理可简单概括为接收和解析宇宙中的射电波。

宇宙中存在许多产生射电波的天体,比如恒星、银河系、星系、类星体和射电脉冲星等。

射电波的频率低于可见光,因此它能够穿透宇宙中的尘埃和星云,提供宇宙的更深入观测视角。

为了接收射电波,射电望远镜通常由一个大碟形反射器和一个接收器组成。

通过碟形反射器将射电波聚焦到接收器上,接收器将射电波转换为电信号,进而进行解析和分析。

射电望远镜在天文学中的应用广泛而多样。

首先,它可以用来研究和了解恒星的演化和形成过程。

当恒星形成时,会伴随着强烈的射电辐射。

射电望远镜能够观测到这些射电信号并分析它们的特征,进一步揭示恒星形成的机制和过程。

此外,射电望远镜还可以观测到恒星的射电爆发,这些爆发现象通常与恒星的演化和爆炸有关,为解开宇宙中恒星生命周期之谜提供了重要线索。

除了研究恒星,射电望远镜还可以对银河系进行全面的观测。

银河系是我们所在的星系,由数百亿颗恒星组成。

通过射电望远镜,天文学家可以观测到银河系中的射电辐射源,如星际气体云团、电离气体和射电晕等。

利用射电望远镜观测到的射电信号,可以研究银河系的结构和演化历史,深化对其宇宙环境和星际物质分布的了解。

在更宏观的尺度上,射电望远镜还能够探测到远离地球数百万光年的星系。

射电信号在宇宙中传播的能力非常强,能够穿过宇宙中的各种介质和干扰源,被我们接收到。

通过射电望远镜,天文学家可以观测到远隔星系输出的射电波,了解星系的形态、结构和宇宙演化历史。

此外,通过射电望远镜观测到的射电信号谱线,还可以分析星系中存在的气体成分和远离地球的恒星活动情况,为宇宙的大尺度结构和物质分布提供了重要数据。

射电望远镜不仅在宇宙探索中发挥着重要作用,而且在解开一些宇宙未解之谜中也发挥着关键性的作用。

射电望远镜原理波长

射电望远镜原理波长

射电望远镜原理波长
射电望远镜是一种用于接收和分析射电波的仪器。

射电波的波长通常在毫米到米的范围内,因此射电望远镜的原理主要涉及到接收和处理这一波长范围的射电信号。

射电望远镜的原理可以简单概括为以下几个步骤:
1. 接收射电波:射电望远镜通过一个大型的抛物面天线来接收射电波。

这个天线通常是金属网格或金属板构成的,其尺寸与接收波长相匹配。

2. 聚焦信号:接收到的射电波信号经过反射和聚焦,被聚焦到接收器上。

3. 放大信号:接收器将聚焦后的信号放大,以增强射电信号的强度。

4. 分析信号:放大后的信号通过滤波器和频谱分析器进行处理和分析,以提取出射电波的特征。

5. 数据处理:分析得到的射电信号可以被记录、存储和进一步处理,以获得更详细的信息,如射电源的位置、强度和频谱特征等。

总之,射电望远镜的原理是通过接收、聚焦、放大和分析射电波信号,以获取有关射电源的信息。

射电波的波长决定了望远镜的设计和工作方式。

我国最大的天文望远镜物理原理

我国最大的天文望远镜物理原理

我国最大的天文望远镜物理原理
我国最大的天文望远镜是500米口径球面射电望远镜(FAST),它是世界上最大的单口径球面射电望远镜,也是中国自主研制的第一台大型科学设施。

FAST的物理原理是基于射电天文学的原理,利用射电波来探测宇宙中的天体和现象。

射电波是一种电磁波,具有很高的穿透力和灵敏度,可以穿过云层、尘埃和气体等障碍物,探测到宇宙中的各种信号。

FAST的主要部件是一个直径为500米的球面反射器,它由4450个三角形面板组成,每个面板大小为11米。

球面反射器可以将射电波聚焦到接收机上,提高接收信号的灵敏度和分辨率。

接收机是FAST的核心部件,它由19个集束接收机组成,每个接收机包含7个天线,总共有约14000个天线。

接收机可以接收来自宇宙中的射电信号,并将信号转换成电信号,通过电缆传输到数据处理中心进行分析和处理。

FAST的物理原理还包括信号处理和数据分析等方面。

信号处理是指对接收到的信号进行滤波、放大、混频等处理,以提高信号的质量和可靠性。

数据分析是指对处理后的数据进行分析和解释,以研究宇宙中的天体和现象。

总之,FAST的物理原理是基于射电天文学的原理,利用射电波来探测宇宙中的天体和现象。

它的主要部件是一个直径为500米的球面反射器和19个集束接收机,通过信号处理和数据分析等技术,可以提高接收信号的灵敏度和分辨率,为研究宇宙提供了强有力的工具。

射电望远镜的基本原理

射电望远镜的基本原理

射电望远镜的基本原理
射电望远镜,英文名为radio telescope,是用来观测和研究来自天体的射电波的基本设备。

它包括收集射电波的定向天线,放大射电信号的高灵敏度接收机,以及信息记录、处理和显示系统等部分。

射电望远镜的基本原理和光学反射望远镜相似。

投射来的电磁波被一个精确的镜面(射电望远镜的天线)反射后,同相到达公共焦点。

然后,这些信号被进一步放大,通过电缆传送到控制室,进行检波。

最后,以适合特定研究的方式进行记录、处理和显示。

值得注意的是,旋转抛物面作为镜面可以更容易地实现同相聚焦,因此射电望远镜的天线大多是抛物面。

为了有效地工作在特定的射电波段上,射电望远镜的表面和理想抛物面的均方误差率应不大于λ/16~λ/10,其中λ是波长。

对于米波或长分米波的观测,可以使用金属网作为镜面;而对于厘米波和毫米波的观测,则需要使用光滑精确的金属板(或镀膜)作为镜面。

此外,从天体投射来并汇集到望远镜焦点的射电波,必须达到一定的功率电平才能被接收机检测到。

根据目前的技术水平,检测到的最弱电平应达到10^-20瓦。

射电望远镜成像原理

射电望远镜成像原理

射电望远镜成像原理
射电望远镜是一种可以接收和探测来自天体的射电波的仪器。

其成像原理是通过接收天体发出的射电波,将这些波转化为电信号,并利用电信号的幅度、相位等信息来重建天体的图像。

射电望远镜的主要成像原理包括:“干涉成像”和“单口成像”。

干涉成像是指利用两个或多个天线接收到的射电波之间的干涉
效应来重建图像。

当射电波到达不同天线的时间、相位和幅度不同时,两个天线接收到的波将形成干涉,干涉的结果将影响电信号的强度和相位。

通过测量这些干涉信号,可以重建天体图像。

单口成像是指利用一台单口接收器接收射电波,然后利用旋转天线或电子扫描器等方法来扫描天体,将扫描得到的射电信号转化为图像。

单口成像的主要优点是简单易操作,而缺点是分辨率相对较低。

总之,射电望远镜的成像原理是基于射电波的接收和处理,通过干涉成像和单口成像等方法来实现天体图像的重建和测量。

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望远镜技术的射电望远镜阵列

望远镜技术的射电望远镜阵列

望远镜技术的射电望远镜阵列射电望远镜是一种利用电磁波进行天体观测的科学仪器,它通过收集和分析来自宇宙各个角落的射电信号,帮助我们深入了解宇宙的起源、演化和结构。

为了提高观测效果和分辨率,研究人员逐渐开发了射电望远镜阵列技术,即通过组合多个射电望远镜形成一个大型阵列,增强观测信号的强度并获得更高的分辨率。

一、射电望远镜阵列的原理和结构射电望远镜阵列的原理是将多个望远镜通过电子设备和信号处理系统进行联合观测,从而形成一个巨大的合成孔径,以实现高分辨率和高灵敏度的观测。

这种技术利用了每个望远镜间的互相关函数,将它们的信号加以组合,就像是将多个小的观测孔径叠加形成一个大的观测孔径一样。

这种叠加可以大大提高观测到的信号强度,并且具备更高的分辨率。

射电望远镜阵列通常由多个单独的望远镜组成,这些望远镜一般都位于不同的地点,之间的距离可以相差几千米甚至更远。

每个望远镜都可以单独观测天体,并将观测到的信号传输到一个中央处理器进行数据融合和分析。

中央处理器会将各个望远镜的信号进行时间和相位的校准,然后通过数学算法将这些信号叠加在一起,形成一个合成的观测孔径。

最终,研究人员可以得到高分辨率的射电图像或观测数据。

二、射电望远镜阵列的优势和应用领域射电望远镜阵列相比于单个望远镜具有许多优势。

首先,它可以大幅提高射电天文学的观测能力。

通过组合多个望远镜形成一个大型阵列,可以增加观测到的信号强度,提高灵敏度和解析度,从而更加准确地观测到宇宙中的物理现象。

其次,射电望远镜阵列还具备较大的观测频率范围,能够有效地观测到不同波长的射电信号。

这使得科研人员可以探索不同的天体结构和宇宙事件,深入研究宇宙的演化历史和物理过程。

射电望远镜阵列广泛应用于射电天文学领域,为科学家提供了丰富的观测数据和重要的研究发现。

例如,射电望远镜阵列可以用于探索宇宙微波背景辐射、研究射电脉冲星、监测和分析射电源,甚至寻找宇宙中的外星文明信号。

此外,射电望远镜阵列还可用于研究银河系内外的星系、中子星、黑洞、星际物质等多种天体和物理现象。

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1 全球典型射电望远镜面板参数和制 造方法
全球典型射电望远镜参数如表1所示.
表 1 全 球 主 要 射 电 望 远 镜 参 数
代号
ALMA[8-9] LMT[10] KOSMA IRAM NRO[11] Effelsberg[12] GBT[13-14]
SRT TMT*
口径 /m
12 50 3 15 45 100 100 64 65
2 反射面面板精密成形基本原理
反射 面 面 板 由 蒙 皮 和 背 筋 胶 粘 结 构 形 成,如 图
第1期 金 超等:65m 射电望远镜面板精密成形原理与应用

1所示.面板4个角部安装有 4 个 支 座,支 座 与 促 动 器 连 接 ,促 动 器 是 由 计 算 机 控 制 的 小 型 马 达 驱 动 器 , 每块面板由4个促 动 器 驱 动 面 板 上 下 运 动,使 望 远 镜在俯仰运转过程中实时地调整面板以补偿由于重 力 和 温 度 变 化 引 起 的 反 射 面 变 形 .蒙 皮 材 料 为 铝 合 金板材并 在 连 续 包 络 模 具 表 面 上 真 空 负 压 贴 膜 成 形 ;背 筋 为 铝 型 材 并 弯 曲 与 模 具 贴 膜 ;蒙 皮 为 薄 壳 弱 刚度零件,蒙皮与背 筋 粘 接 形 成 一 体 后 面 板 实 现 较 高刚度.蒙皮厚度和 背 筋 的 结 构 根 据 结 构 工 艺 要 求 和仿真分析确 定.面 板 曲 面 为 双 曲 度 不 可 展 曲 面, 蒙皮的外形 和 [20] 开缝采用数 控 激 光 切 割 加 工,使 蒙 皮定位准确并保证成形后面板的外形精度.
反射面精度是表征天线性能的一个重要指标. Ruze给出了反射 面 随 机 误 差 与 增 益 损 失 之 间 的 关 系[4],反 射 面 面 形 随 机 误 差 取 决 于 单 元 面 板 的 精 度[5].反射 面 精 度 一 般 取 波 长λ 的 1/16~1/32,因 此65m 射 电 望 远 镜 反 射 面 设 计 精 度 为 200~300 μm rms(Root-Mean-Square,均 方 根 值 ),分 配 面 板 精度为优于100μm rms.按 照 传 统 的 工 艺 方 法,为 了满足面板的高精 度 要 求,面 板 的 设 计 尺 寸 通 常 不 能过大.然而对 于 大 型 射 电 望 远 镜,小 尺 寸 面 板 将 大幅增加望远镜反 射 体 重 量、座 架 重 量 和 望 远 镜 转 动惯量,劣化动态 性 能,并 增 加 巨 额 制 造 费 用.基 于
第 30 卷 第 1
2015 年 2 月


CHIN电ES E J波OU RN科AL OF学 R AD学IO SCI报ENCE
Vol.30,No.1
February,2015
金 超,尉 飞,李金良,等.65 m 射 电 望 远 镜 面 板 精 密 成 形 原 理 与 应 用 [J].电 波 科 学 学 报,2015,30(1):1-7.doi:10.13443/j.cjors. 2014011001 JIN Chao,WEI Fei,LI Jinliang,et al.Principle and application of precision forming for panel of 65mradio telescope[J].Chinese Journal of Ra- dio Science,2015,30(1):1-7.(in Chinese).doi:10.13443/j.cjors.2014011001
Principle and application of precision forming for panel of 65mradio telescope
JIN Chao WEI Fei LI Jinliang WANG Haidong
(The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)
收 稿 日 期 :2014-01-10 资 助 项 目 :国 家 国 际 科 技 合 作 专 项 项 目 (No.2012DFB00120) 联系人:金 超 E-mail:jccti@163.com

电 波 科 学 学 报
第 30 卷
引 言
随着 射 电 天 文 和 深 空 探 测 的 发 展 需 求,面 天 线 正向高频段、大口 径 方 向 发 展[1].上 海 65 m 射 电 望 远镜 是 [2] 国内首 台 主 动 反 射 面 望 [3] 远 镜,工 作 频 段 1.3~46GHz(波 长 23cm~7 mm),主 反 射 面 面 积 3 780m2,由14 环 共1 008 块 面 板 组 成 ,单 元 面 板 最 大面积5m2,平 均 面 积 3.75 m2.望 远 镜 主 反 射 面 由 1 104 个 促 动 器 对1 008 块 面 板 进 行 实 时 调 整 ,以 校正反射面由于重力和温度引起的变形.
5~8μm rms,但 需 要 精 密 数 控 铣 床,面 板 较 重,不 适合大型射电望远 镜 天 线;③ IRAM 15 m 和 NRO 45m 毫米波望远镜碳纤维铝蜂窝夹层面板,面板精
度25~50μm rms,重 量 轻,但 成 本 高;④ 基 于 “点 阵钉模、真空负 压、蜂 窝 夹 层 ”原 理 的 [16-19] 双 层 铝 蜂 窝夹层结构面板成形技术,面板精度 25μm rms、刚 度大,但不能用 于 主 动 反 射 面;⑤ 基 于 “包 络 模 具、 蒙皮开缝、应力释放、真 空 负 压”原 理 的 面 板 精 密 成 形技术和制造 方 法,面 板 精 度 50~100μm rms,可 用于主动反射面.
65m 射电望远镜面板精密成形原理与应用
金 超 尉 飞 李金良 王海东
(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北 石家庄 050081)
摘 要 针对上海天文台65m 射电望远 镜 主 动 反 射 面 面 板 的 工 作 特 点 及 大 面 积、高 精 度面板的制造难题,提出基于“包络模具、蒙皮开缝、应力释放、真空负压”原理的面 板 精 密成形技术.利用非线性有限元方法对成形 过 程 进 行 数 值 模 拟;分 析 得 到 型 面 曲 率、蒙 皮 相对开缝长度及背筋高度等参数对成形精度 的 影 响 规 律;优 化 了 面 板 结 构 和 成 形 工 艺 参 数.最终研制的面板精度优于100μm,该技术已成功应 用 于 上 海 65 m 射 电 望 远 镜,可 以 为其他反射面天线的研制提供参考. 关 键 词 射 电 望 远 镜 ;主 动 反 射 面 ;面 板 ;精 密 成 形 ;蒙 皮 ;应 力 释 放 中图分类号 P111.44;TN823+ .27 文献标志码 A 文章编号 1005-0388(2015)01-0001-07
工作频率 /GHz
950 350 850 115 115 95 117 100 43
面板结构
镍板铝蜂窝 镍板铝蜂窝 实体铝蒙皮 碳纤维铝蜂窝 碳纤维铝蜂窝 铝蒙皮铝蜂窝 铝蒙皮背筋 铝蒙皮背筋 铝蒙皮背筋
面板尺寸 /m
< 1×1 < 1×1 <0.5×0.5 <1×1 <1.2×2.2 <1×2 <2.5×2 <2.2×2.1 <2.3×2.13
Abstract The working characteristics of Shanghai 65mradio telescope require large ac- tive panels with high precision.A precision forming process,which is based on envelope mold,skin with crevices,releasing stress and vacuating press,is proposed to solve the difficulties in manufacturing such panels.A nonlinear finite element model is built to model the process of a panel.In the analysis,the relationship between the panel surface curvature,slot length of skins,height of stiffeners and precision is studied.According to the relationship,the structure and technical parameters of the panel are optimized. Consequently,the panel precision is better than 100μm rms.The technique has been successfully used in Shanghai 65mradio telescope,and it can be also applied to other an- tenna reflectors. Key words radio telescope;active reflector surface;panel;precision forming;skin; stress release
此,65m 射 电 望 远 镜 采 用 大 尺 寸 面 板 设 计 是 必 要 的,但需要 解 决 两 个 问 题:① 面 板 精 度 需 优 于 100 μm rms;② 面板既有 一 定 的 刚 度 以 保 持 面 板 精 度, 又有一定的柔性以适应主动反射面的调整而不被破 坏 ,即 面 板 结 构 满 足 主 动 面 调 整 要 求 .主 动 反 射 面 技 术在国内属首次应 用,而 关 于 主 动 面 面 板 结 构 与 成 形工艺的研究在国 内 尚 属 空 白,在 国 外 也 未 见 相 关 文 献 公 开 报 道 .因 此 该 面 板 的 成 形 原 理 和 成 形 关 键 技术的研究具有创新性和重要意义.
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