大口径射电望远镜结构体系优化与反射面精度控制

To advance deep space detection ability, construction of bigger giant radio telescope (diameter over 50 m) is becoming the hotspots of international astronomy relm. Shape precision of the reflector (SSR) is key parameter to evaluate working performance of the telescope. As for giant radio telescope, self-weight and other particular load, including wind load and uniform distributed sunshine thermal field, have obvious effect on SSR, and how to control SSR turns to be a major bottleneck of the development of giant radio telescope. Set under-construction or proposed giant radio telescope as platform in China, and based on related research achievement done before, the applicant proposed systematic study on key issues concerning design and SSR in operation of giant radio telescope, in order to provide essential theory evidence and technical support for the development of giant radio telescope in China: (1) develop and innovate the structural system of the giant radio telescope to explore structural system that can provide better SSR; (2) to conduct refined study on impact of two particular load types on SSR, wind load and uniform distributed sunshine thermal field, and to understand the character and pattern of this impact; (3) set efficient controlment of SSR as target, adapt "shape-keeping design" technology to multi-factor full-direction optimization of the structural system.

为提高深空探测能力，建造更大口径（50m以上）的射电望远镜已日益成为国际天文界的热点。反射面的形状精度是衡量望远镜工作性能的一个重要指标。对大口径望远镜而言，结构自重和一些特殊荷载（如风荷载、非均匀温度场）对反射面形状精度的影响异常明显，如何控制反射面形状精度成为制约大口径望远镜发展的主要瓶颈。申请者以我国在建或拟建的大口径望远镜为平台，以前期相关研究成果为基础，拟对望远镜结构设计和运行中与反射面形状精度有关的关键科学问题展开系统研究，以期为我国大口径望远镜的发展提供必要的理论依据与技术支持：（1）对射电望远镜结构体系进行发展和创新，寻求更能保证反射面精度的结构形式；（2）对风和非均匀温度场两种特殊荷载及其对反射面形状精度的影响进行精细化研究，掌握其特点和规律；（3）以反射面形状精度的高效控制为目标，对其"保形设计"技术进行改进，并将其纳入望远镜结构体系的多参数、全方位优化。

为提高深空探测能力，全可动射电望远镜正向大口径、高精度的趋势发展。我国计划在新疆奇台建造口径为110米的全可动望远镜，其口径将成为世界之最，如何保障和提高大口径射电望远镜的工作性能已成为亟待解决的关键性问题。反射面形状精度是望远镜工作性能的重要衡量指标。传统望远镜结构方案存在若干不合理之处，制约了其性能的发挥；复杂的体型、多变的工作姿态导致风荷载和非均匀温度作用成为继结构自重之后反射面精度的关键影响因素。围绕上述关键科学问题，以提高主反射面精度为目标，完成了如下三个方面的研究：.（1）大口径可转动射电望远镜合理结构体系的研究.以提高反射面精度为目标，对望远镜结构体系从总体方案上进行改进和创新，提出了新型高效的全可动望远镜结构总体方案。以反射面精度为优化目标，对望远镜结构优化算法进行研究，制定了射电望远镜结构优化设计流程，并从结构体系角度对影响望远镜反射面精度的各项因素进行详细分析。.（2）望远镜风场和非均匀温度场特性及其效应研究.采用风洞实验与数值模拟相结合的方法，建立望远镜反射面风场的精细化分析方法。研究风荷载对望远镜结构的作用机理，获得其响应规律和风布特点，为望远镜的精度控制提供依据。结合望远镜结构非均匀温度场试验，建立望远镜日照非均匀温度场精确分析方法，并考虑特定条件下副反射面的“太阳灶效应”，全面掌握日照非均匀温度场对望远镜结构的作用机理。.（3）大口径望远镜反射面形状精度高效控制技术研究.完善反射面形状精度控制技术并建立完整的理论体系。改进和创新保形设计技术，以减小促动器数量及调节量为目标，提出局部调控方案。将荷载效应分析与保形技术相结合，确立反射面形状精度控制体系，对望远镜结构展开系统的反射面形状精度优化，为建造大口径射电望远镜提供理论支持和技术参考。