[实用新型]一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜

说明书

本实用新型公开了一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜，属于天线技术领域。该射电望远镜包括反射体、承载反射体的座架，以及索驱动装置等主要部分，还包括稳索机构，精度控制机构，俯仰限位装置等附属结构。相对于传统结构，该射电望远镜通过单向索驱动的方式实现了反射体大范围的俯仰运动，从而有效降低了整体结构的高度和重量。本实用新型具有结构紧凑、可靠性高、成本较低、便于维护等特点。

技术领域

本实用新型涉及到天线技术领域，特别涉及一种单向索驱动俯仰运动式大型射电望远镜。

背景技术

随着社会的不断进步和科技能力的长足发展，人类已不满足于已有的探索，而把目光投向了更加遥远广袤的太空。以观测未知天体，研究宇宙起源，探寻地外生命等为重要研究目的的射电天文学愈发显得重要，获得了科学家们更大的重视。现在射电天文学已步入了高灵敏度、大样本时代，这就需要更灵敏更强大的精密天文观测设备以探测更暗弱的天体。这种精密的射电天文观测设备就是射电望远镜。

从二战时期开始，世界各主要发达国家陆续建设了一些大型的射电望远镜。比如英国76米的洛弗尔天线，德国波恩100米口径的艾菲尔斯伯格天线，美国西弗吉尼亚州100×110米椭圆口径的绿地天线，美国阿雷西博305米固定式射电望远镜等。而近年来，随着我们自身科技及经济实力的长足发展，我国也逐渐加大了对天文研究的投入，陆续建设了一些世界一流的大型射电望远镜。这主要包括北京建成的50米天线，上海建成的65米天马望远镜，佳木斯建成的66米深空探测天线，贵州建成的500米口径球面射电望远镜，天津建设中的70口径天线，云南刚启动建设的120米天线，等等。

以上所列大型射电望远镜当中，我国于2016年在贵州省平塘县克度镇大窝凼洼地建成的全球最大的500米口径球面射电望远镜(FAST)，在近几年取得了举世瞩目的影响和观测成果。FAST望远镜和原世界最大的美国阿雷西博305米射电望远镜都属于没有可动座架的形式。FAST望远镜在观测时通过反射面的主动变形聚焦，可以形成口径达300米的瞬时抛物面形状的有效反射面。阿雷西博采取了固定反射面移动馈源的方式，其观测天区范围比较狭窄，精度也低；而FAST的优点不言而喻，其无可匹敌的巨大口径由于采取了主动变形匹配对焦的技术，使其成为了世界上最灵敏的射电望远镜，并已产生了大量的观测成果。美中不足的是，虽然FAST可变形表面在一定程度上具有指向性，但由于结构的限制，指向顶点被限制在大于40°的天顶范围，这就造成了FAST的观测盲区还是很大的。另外，FAST望远镜也得益于当地独特的地形地貌，故而其建设经验也不能被广泛的推广。所以，FAST及阿雷西博这种无座架形式的望远镜结构具有很大的局限性和特殊性。

纵观现今世界范围内的各大射电望远镜，通过对比分析可以发现，全可动形式的射电望远镜天线依然是射电天文观测领域的研究主流及主要观测力量。全可动射电望远镜天线，顾名思义是反射体可以全向转动，这主要是通过望远镜天线的座架来实现的。座架是望远镜反射体的支撑和定向装置，在伺服系统控制下，引导反射体准确的捕获和跟踪目标，其机械性能直接影响望远镜的灵敏度和观测。传统的座架一般为方位-俯仰(A-E)型结构，A轴为铅垂状态，E轴位于A轴上方，呈水平状态。通过两轴的配合转动，扫描范围大大增加，天线波束可以指向整个空域。

通过纵观对比以上各全可动射电望远镜天线，可以发现，无一例外的，其俯仰运动都是通过在运动部位的反射体的下方中间位置设置巨大的扇形齿轮来实现的。我们把这种俯仰运动的驱动形式称为“扇齿驱动俯仰运动”。

扇齿驱动俯仰运动的形式虽然传统有效，广泛沿用在世界很多大型超大型射电望远镜天线中，然而随着望远镜天线口径的越来越大，可以很明显分析得出，扇齿驱动俯仰运动的形式也有一些明显的缺点和不足：

1、扇齿驱动俯仰运动形式会提高结构总体高度。

扇齿的中心回转轴线和望远镜天线反射体的俯仰运动中心轴线重合，而大口径的反射体势必需要相对应的大直径的扇齿轮，大直径扇齿轮固定在反射体的下方，必然会大大增加了反射体整体的高度，而反射体高度的增加也必然会导致座架高度的增加。