[發(fā)明專利]一種雙向索驅(qū)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)式大型射電望遠(yuǎn)鏡

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011386061.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN112599985A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹江濤;趙東賀;牛傳峰;李東升;孫哲;鄭祿浩;劉亞昆;董長勝;李增科;肖松;張濟(jì)良;董培松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
• 主分類號(hào): H01Q15/16
• 分類號(hào): H01Q15/16;H01Q19/12;H01Q3/04;H01Q1/12
• 代理公司: 河北東尚律師事務(wù)所 13124
• 代理人: 王文慶

本發(fā)明公開了一種雙向索驅(qū)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)式大型射電望遠(yuǎn)鏡，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。該射電望遠(yuǎn)鏡包括反射體、承載反射體的座架，以及索驅(qū)動(dòng)裝置等主要部分，還包括穩(wěn)索機(jī)構(gòu)，俯仰精度控制機(jī)構(gòu)，俯仰限位裝置等附屬結(jié)構(gòu)。相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該射電望遠(yuǎn)鏡通過雙向索驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)了反射體大范圍的俯仰運(yùn)動(dòng)，從而有效降低了整體結(jié)構(gòu)的高度和重量。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、成本較低、便于維護(hù)等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙向索驅(qū)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)式大型射電望遠(yuǎn)鏡。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科技能力的長足發(fā)展，人類已不滿足于已有的探索，而把目光投向了更加遙遠(yuǎn)廣袤的太空。以觀測未知天體，研究宇宙起源，探尋地外生命等為重要研究目的的射電天文學(xué)愈發(fā)顯得重要，獲得了科學(xué)家們更大的重視?，F(xiàn)在射電天文學(xué)已步入了高靈敏度、大樣本時(shí)代，這就需要更靈敏更強(qiáng)大的精密天文觀測設(shè)備以探測更暗弱的天體。這種精密的射電天文觀測設(shè)備就是射電望遠(yuǎn)鏡。

從二戰(zhàn)時(shí)期開始，世界各主要發(fā)達(dá)國家陸續(xù)建設(shè)了一些大型的射電望遠(yuǎn)鏡。比如英國76米的洛弗爾天線，德國波恩100米口徑的艾菲爾斯伯格天線，美國西弗吉尼亞州100×110米橢圓口徑的綠地天線，美國阿雷西博305米固定式射電望遠(yuǎn)鏡等。而近年來，隨著我們自身科技及經(jīng)濟(jì)實(shí)力的長足發(fā)展，我國也逐漸加大了對(duì)天文研究的投入，陸續(xù)建設(shè)了一些世界一流的大型射電望遠(yuǎn)鏡。這主要包括北京建成的50米天線，上海建成的65米天馬望遠(yuǎn)鏡，佳木斯建成的66米深空探測天線，貴州建成的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，天津建設(shè)中的70口徑天線，云南剛啟動(dòng)建設(shè)的120米天線，等等。

以上所列大型射電望遠(yuǎn)鏡當(dāng)中，我國于2016年在貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼洼地建成的全球最大的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)，在近幾年取得了舉世矚目的影響和觀測成果。FAST望遠(yuǎn)鏡和原世界最大的美國阿雷西博305米射電望遠(yuǎn)鏡都屬于沒有可動(dòng)座架的形式。FAST望遠(yuǎn)鏡在觀測時(shí)通過反射面的主動(dòng)變形聚焦，可以形成口徑達(dá)300米的瞬時(shí)拋物面形狀的有效反射面。阿雷西博采取了固定反射面移動(dòng)饋源的方式，其觀測天區(qū)范圍比較狹窄，精度也低；而FAST的優(yōu)點(diǎn)不言而喻，其無可匹敵的巨大口徑由于采取了主動(dòng)變形匹配對(duì)焦的技術(shù)，使其成為了世界上最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，并已產(chǎn)生了大量的觀測成果。美中不足的是，雖然FAST可變形表面在一定程度上具有指向性，但由于結(jié)構(gòu)的限制，指向頂點(diǎn)被限制在大于40°的天頂范圍，這就造成了FAST的觀測盲區(qū)還是很大的。另外，F(xiàn)AST望遠(yuǎn)鏡也得益于當(dāng)?shù)鬲?dú)特的地形地貌，故而其建設(shè)經(jīng)驗(yàn)也不能被廣泛的推廣。所以，F(xiàn)AST及阿雷西博這種無座架形式的望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)具有很大的局限性和特殊性。

縱觀現(xiàn)今世界范圍內(nèi)的各大射電望遠(yuǎn)鏡，通過對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，全可動(dòng)形式的射電望遠(yuǎn)鏡天線依然是射電天文觀測領(lǐng)域的研究主流及主要觀測力量。全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡天線，顧名思義是反射體可以全向轉(zhuǎn)動(dòng)，這主要是通過望遠(yuǎn)鏡天線的座架來實(shí)現(xiàn)的。座架是望遠(yuǎn)鏡反射體的支撐和定向裝置，在伺服系統(tǒng)控制下，引導(dǎo)反射體準(zhǔn)確的捕獲和跟蹤目標(biāo)，其機(jī)械性能直接影響望遠(yuǎn)鏡的靈敏度和觀測。傳統(tǒng)的座架一般為方位-俯仰(A-E)型結(jié)構(gòu)，A軸為鉛垂?fàn)顟B(tài)，E軸位于A軸上方，呈水平狀態(tài)。通過兩軸的配合轉(zhuǎn)動(dòng)，掃描范圍大大增加，天線波束可以指向整個(gè)空域。

通過縱觀對(duì)比以上各全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡天線，可以發(fā)現(xiàn)，無一例外的，其俯仰運(yùn)動(dòng)都是通過在運(yùn)動(dòng)部位的反射體的下方中間位置設(shè)置巨大的扇形齒輪來實(shí)現(xiàn)的。我們把這種俯仰運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)形式稱為“扇齒驅(qū)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)”。

扇齒驅(qū)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)的形式雖然傳統(tǒng)有效，廣泛沿用在世界很多大型超大型射電望遠(yuǎn)鏡天線中，然而隨著望遠(yuǎn)鏡天線口徑的越來越大，可以很明顯分析得出，扇齒驅(qū)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)的形式也有一些明顯的缺點(diǎn)和不足：

1、扇齒驅(qū)動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)形式會(huì)提高結(jié)構(gòu)總體高度。

扇齒的中心回轉(zhuǎn)軸線和望遠(yuǎn)鏡天線反射體的俯仰運(yùn)動(dòng)中心軸線重合，而大口徑的反射體勢必需要相對(duì)應(yīng)的大直徑的扇齒輪，大直徑扇齒輪固定在反射體的下方，必然會(huì)大大增加了反射體整體的高度，而反射體高度的增加也必然會(huì)導(dǎo)致座架高度的增加。