12月2日凌晨1時30分,搭載著嫦娥三號的長征三號乙運載火箭在西昌衛星發射中心騰空而起,展開奔月之旅。亞洲最大的全方位可動的射電望遠鏡——上海佘山65米射電望遠鏡與北京、云南、新疆的5臺望遠鏡合作完成探月工程的測軌、定軌任務,為嫦娥三號的落月之旅指明方向。“嫦娥三號”的“第一聲問候”——X波段射電信號就是由射電望遠鏡捕捉到的。鮮為人知的是,這臺射電望遠鏡的高精密軌道,是由位于煙臺經濟技術開發區的藍鯨金屬修復公司焊接完成的。
軌道誤差不能超0.5毫米
該射電天文望遠鏡轉動所需的軌道是一個龐然大物,直徑約為44米、總長達135米。整個軌道必須保證近乎完美的平整,因為轉動中任何輕微的顛簸和傾斜,都會造成巨大的誤差,可能就會捕捉不到宇宙中的“嫦娥三號”。
根據要求,軌道整體誤差不能超過0.5毫米。而且由于軌道不可能整體鍛造,需要由30段長4.5米、寬0.55米、高0.24米鋼軌焊接完成。設計最終要求,每兩段鋼軌焊接完成后的誤差不能超過0.05毫米。而即使用最精密的數控機床,生產出的鋼軌誤差也有0.03毫米,最終留給焊接工序的誤差空間只有0.02毫米,僅相當一根頭發粗細的1/5。
項目建設方找到了曾多次成功焊接修復大型工件斷裂、磨損故障的藍鯨公司,希望他們能夠攻克這一技術難題。】野外作業增加工作難度
由于該射電天文望遠鏡高精度軌道精度要求非常高,因此藍鯨公司起初壓力也非常大。據藍鯨金屬修復公司副總經理孫京鋼介紹,由于軌道的重量和長度非常大,只能在野外進行作業,無法使用室內的工作平臺進行調整。這無疑又給焊接工作增加了難度。
“這項工作的精度要求是我們接受的任務中要求最高的。為了達到標準,我們采取了動態調整的方法,就是以第一段鋼軌為基準,來調整其他的鋼軌,不斷地進行修正。”通過這樣的手段,將每段的誤差都控制到了0.01毫米以下。在焊接領域通常稱0.01毫米為一絲,而藍鯨公司就將焊接工作真正做到了“一絲不茍”。
“我們光焊接工作就做了半個月,每完成一段焊接,我們的工人就采用靠模修研技術進行修平,全部采用人工的方式,每段焊縫的修研用兩三個小時。”孫京鋼告訴記者,焊接沒有造成絲毫誤差,曾有一批國外專家到現場參觀后,怎么也不敢相信這么精密平整的軌道是焊接完成,都以為是整體鍛造而成。
冒著嚴寒焊接保證精度 此次焊接時間從2010年12月到2011年1月。冬季進行焊接操作,尤其是在戶外,焊縫間很容易產生拉應力,從而導致焊接的斷裂。那么藍鯨金屬修復公司為什么還是決定在冬季進行操作呢?
原來由于熱脹冷縮的原理,冬季完成的焊接軌道在夏季就會因為膨脹、變長,而產生壓應力(指抵抗物體有壓縮趨勢的應力),因此公司才在冬季冒著嚴寒進行了工作。“天氣非常冷,甚至下雨雪,為了不產生拉應力,我們使用了焊接應力驅使工藝,消除拉應力,保證工作質量。”孫京鋼介紹,克服了精度和嚴寒問題后,焊接得以順利進行下去。
在距離完工僅剩一周時間時,表面硬件標準方面又出現了意想不到的情況。“由于我們之前是在室內做的實驗,采用的是公司自己的材料和工藝,實驗也取得了成功,后來放到室外實際操作,發現由于環境變化使得導熱速度變快,再后來發現表面硬件標準與合同要求還有一定差距。”為此藍鯨公司緊急召開會議,決定更換材料和工藝,重新進行表面焊接,重新焊接大概花費了兩天時間,最終圓滿解決了問題。
孫京鋼表示,該公司還會繼續參與高精度軌道的維修,一旦有磨損或者開裂的情況將立刻趕到現場修理。“不過到現在為止,還沒有發現任何問題。我們公司內部和國家權威機構的探傷檢測都顯示軌道完全符合標準。”雖然簽署的合同上規定質保期為一年,“但只要一發現問題,我們都會無條件地去檢查、維修,這也是為國家航天事業做貢獻。 記者 單俊楠 實習生 吳心怡
深空之眼五大看點
1,工作任務更艱巨。除了為嫦娥“繞月”測軌外,“深空之眼”還需引導“三姑娘”落月、“玉兔”巡月。2,三維定位更準確,在“嫦娥”穩定著陸之后,“深空之眼”可迅速告之著陸器和“玉兔”所處于的精準位置。
3,提供數據時間速度更快。VLBI中心向北京航天控制中心準實時提供測量數據的滯后時間由原來的10分鐘縮短為1分鐘。
4,測量精度更精確。“深空之眼”的觀測波段將由之前的S波段升級為能量更高的X波段。在地月轉移軌道,它們還將交叉觀測“嫦娥”與上百億光年外的星系射電源。
5,測量技術更復雜。此次探月,新增加了相對差分單向測距和同波束觀測技術,“深空之眼”不僅可以接收到“嫦娥”的信號,還可以接收到“玉兔”的信號,這樣兩個天線之間的基線靈敏度會大幅提高。
據新華社
■幕后
巨無霸望遠鏡為嫦娥“引路”
2日11時6分,亞洲最大的65米口徑射電望遠鏡——“天馬望遠鏡”開始正式捕捉嫦娥三號月球探測器。
中國科學院上海天文臺臺長、嫦娥三號VLBI測軌分系統總指揮洪曉瑜表示,在接下來的三個月時間里,位于上海佘山腳下的“天馬望遠鏡”將與北京密云、云南昆明、新疆烏魯木齊等5臺望遠鏡合作,為“嫦娥”探月測軌、著陸器“落”月以及“玉兔號”月球車定位進行精密測量。
VLBI(甚長基線干涉測量)是當今天文觀測領域分辨能力最高的一種手段。它的神奇之處在于,雖然單個射電望遠鏡的口徑最多不超過100米,但是,當單個射電望遠鏡與東西南北不同方位的同類望遠鏡聯網,其口徑將相當于各方位望遠鏡間的地理跨度。因此,當上海等4座城市的射電望遠鏡“聯手”,就會形成一個口徑達3000多公里的“深空之眼”,其測量精度和測量分辨率等效于一臺“巨無霸”望遠鏡。
“深空之眼”如何為嫦娥“引路”?洪曉瑜介紹,射電望遠鏡可以通過接收來自嫦娥“三姑娘”發射的射電信號,精準測量她的方位角并構建“天體參考架”,再結合USB測距、測速數據處理結果,大幅提高嫦娥“落月”探測的定軌精度,為“玉兔號”月球車的勘察定位“保駕護航”。
據了解,“天馬望遠鏡”去年10月建成,可以觀測到百億光年外的天體,綜合能力排名亞太第一、世界第四,今年“天馬望遠鏡”首次加入為探月服務的測軌網。從嫦娥“三姑娘”發射升空到現在,上海天文臺VLBI深空測控指揮中心的50多名工作人員一直都堅守在操作臺,以確保“嫦娥”始終處于正軌。
據新華社
■延伸
島城小學生看模型學天文
半島都市報12月2日訊(記者 單俊楠 實習生 吳心怡) 隨著“嫦娥三號”成功發射,“嫦娥奔月”的神話變成了現實。青島寧安路小學特意為學生們準備了制作精美的“嫦娥三號”、“玉兔號”模型,進行了專門的天文教育,激發孩子們的航天領域求知熱情。
寧安路小學作為青島一所天文教育特色學校,早在“嫦娥三號”發射前,該校的孩子們就參與了青島科技大學自動化學院副教授、碩士生導師曹夢龍所作的“中國人的飛月夢”講座。學生們還觀看了“嫦娥三號”成功發射的視頻,了解了發射過程和相關知識。六年級小學生李宗遠是一名航空迷,他仔細觀察著1:30比例制作的“玉兔號”模型,“這是太陽能電池,這是測月雷達和全景相機……”李宗遠說,通過航空航天知識教育,同學們掌握了很多從課本上學不到的知識,他夢想著有一天自己也能親身參與到中國航天事業當中。
全球圍觀“嫦娥奔月”
各國網民表達“羨慕嫉妒恨”
中國航天事業這一新的進步引發國際媒體、專家和網民“圍觀”。
美國有線電視新聞網(CNN)網站上,嫦娥三號成功升空引發網民熱議。
一名網民稱“他們所做的不過是抄襲美國技術”,一名網民反駁:“美國技術?火藥、指南針 、造紙術……”另一名網民指出:“中國有非常雄心勃勃又仔細籌劃的太空項目,美國人需要更清楚這一點。”
一名網民吐槽:“那如果是‘中國制造’,升空后不久就得裂了。”另一名網民回復:“老兄,醒醒吧,它已經在太空了。”
一名網民說:“這是中國的一次飛躍。如許多人所說 ,美國和俄羅斯已經做過類似事情,而且美國走得更遠,到了火星。不過,我們必須有競爭。”
印度主要媒體《印度時報》網站上,網民同樣展開熱烈的討論。
一名網友說 ,“我們去火星,中國為挽回面子試著去月球”,意指印度首個火星探測器1日凌晨成功脫離地球軌道,飛向火星。另一名網友回應:“我覺得恰好相反,月球車軟著陸比我們把探測器送去火星軌道更復雜。”
美國國家航空航天局(NASA)月球勘測軌道飛行器的照相團隊首席專家馬克·魯賓遜說 ,在地球以外任何太陽系天體上著陸都是復雜且難忘的壯舉,只有極少數出類拔萃的太空計劃才能完成在月球著陸這樣的任務。
曾參與“阿波羅”登月計劃的美國麻省理工學院教授勞倫斯·揚說 ,中國探月計劃理智、樂觀,中國航天成功率超出國際航天界預想,“進展比我們預料得更快”,“在月球上降落很不容易,我們贊賞中國從事這一有難度的探測項目”。據新華社