FAST主體工程完工 中國建成世界最大「天眼」

2023-03-31 20:25:30

昨天上午，位於貴州省黔南州平塘縣大窩凼窪地的世界最大單口徑射電望遠鏡——500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）完成最後一塊反射面單元的吊裝，歷時11個月的主體工程正式完工。這個有30個足球場大的巨大「天眼」，將在9月全部建成並初步投入使用。在它的諸多功能中，最受關注的是，它超強的靈敏度能將人類搜尋外星文明的能力提升到前所未有的水平。

4450塊反射面板安裝完畢

昨日，在FAST工程大窩凼臺址現場，隨著FAST工程總經理、國家天文臺臺長嚴俊的一聲令下，最後一塊反射面單元隨著隆隆的鞭炮聲緩緩起吊，在完成了二次空中轉接並用纜索吊下滑到指定位置後，被順利安裝在索網上。

據中科院國家天文臺相關負責人介紹，主動反射面是FAST望遠鏡的重要組成部分，共有4450塊反射面板單元，包括4273塊基本類型和177塊特殊類型。反射面單元邊長為10.4米到12.4米，每塊單元重427.0公斤到482.5公斤，厚度約1.3毫米。

去年8月2日，FAST反射面單元吊裝工程開始施工。一塊塊反射面單元在地面經過拼裝、測量、報驗等嚴格的步驟形成合格單元後，通過塔吊、轉運車、纜索吊等一系列複雜的高空工序，被運至指定位置進行安裝。

在克服了大尺度、高精度的拼裝施工難點以及跨度大、位置高等吊裝施工難題後，經過11個月的艱苦奮鬥，近30個足球場面積的反射面由一塊塊反射面單元逐漸鋪設完成。反射面工程也是FAST最後一個設備工程，其順利完成標誌著FAST工程主體工程的順利完工。據悉，大射電望遠鏡將進行兩個多月的系統調試，於9月底正式竣工投入使用，但要實現所有功能參數最優化，它還要在兩三年的觀測中不斷調試完善。

可實現大天區面積觀測

據了解，FAST工程是「十一五」國家重大科技基礎設施建設項目，建造世界第一大單口徑射電望遠鏡的目標，是實現大天區面積、高精度的天文觀測。

1993年的國際無線電科學聯盟大會上，包括中國在內的10國天文學家提出建造新一代射電「大望遠鏡」的倡議。1995年底，以中國科學院北京天文臺（現國家天文臺）牽頭，國內20餘所大學和研究所成立了射電「大望遠鏡」中國推進委員會，提出了利用貴州喀斯特窪地建造球反射面，即「阿雷西博型天線陣」的喀斯特工程概念。此後，中國科學家們進一步推進喀斯特概念，提出獨立研製一臺新型的喀斯特單元，即500米口徑球面射電望遠鏡。

有望保持世界一流20年

FAST臺址最終確定在貴州省黔南州平塘縣克度鎮綠水村的「大窩凼」窪地。據介紹，攜全新設計思路加得天獨厚的臺址優勢，FAST突破了射電望遠鏡的百米極限，開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式。

FAST與號稱「地面最大的機器」的德國波恩100米望遠鏡相比，靈敏度提高約10倍；與美國阿雷西博300米射電望遠鏡相比，其綜合性能提高約10倍。作為世界最大的單口徑望遠鏡，FAST有望在未來10年到20年保持世界一流設備的地位。

揭秘

中國「天眼」強在哪

體型大：

FAST工程總工藝師王啟明說，僅圈梁、索網和支撐饋源艙的6座高塔就用掉1萬多噸鋼材。「望遠鏡反射面總面積為25萬平方米，相當於30個標準足球場那麼大。儘管反射面板才1毫米多厚，也用掉2000多噸鋁合金。」

精度高：

大射電望遠鏡絕不是金屬堆砌的「傻大粗」，它是最精密的天文儀器。由於採用光機電一體化的饋源平臺，加之饋源艙內的並聯機器人二次調整，它在饋源與反射面之間無剛性連接的情況下，可實現毫米級指向跟蹤，確保精確地聚集和監聽宇宙中微弱的射電信號。大射電望遠鏡的建造工藝也是精益求精。——十幾米長的索，誤差不準超過1毫米，生產流程必須用恆溫裝置，確保所有材料是在20攝氏度溫度場生產的。

——公裡尺度的鋼索支撐體系，位姿精度卻在毫米級。大連華銳重工集團高級工程師武榮陽說，觀測天體時因為地球有自傳，需要補償地球自轉。饋源艙直徑13米，位姿精度誤差不能超過48毫米，角度不超過1度。

——要能靈敏觀測浩瀚星空，拼裝面板子單元邊界的精準定位是首要問題。科研人員為此專門設計的定位夾具，它能對每塊面板的水平位置以及軸向高度進行精準定位，每個等邊三角形交點孔位精度保持在0.1毫米至0.15毫米。——主動反射面的索網具備高彈性、抗拉伸、抗疲勞特徵，其500兆帕的超高應力幅，是國家標準的2.5倍。

——幫助反射面變位的2000多個液壓促動器通過伸縮實現精確定位、協同運動，還可將自身各項狀態信息上報給控制系統，滿足適時跟蹤、換源等運動要求。

——承擔著傳輸各種數據信息使命的動光纜可經受反覆彎曲、卷繞和扭轉等機械性能和惡劣自然環境考驗。

視野廣：

「我們的最初設計理念源自美國阿雷西博望遠鏡。但跟阿雷西博相比，主動反射面系統是我們最大的創新。」中國科學院國家天文臺研究員、FAST工程副經理彭勃說，大射電望遠鏡的索網結構可以隨著天體的移動變化，帶動索網上的4450個反射單元，在射電電源方向形成300米口徑瞬時拋物面，極大提升觀測效率。

阿雷西博望遠鏡是固定望遠鏡，只能通過改變天線潰源的位置掃描天空中的一個約20度的帶狀區域。而主動反射面讓中國大射電望遠鏡擁有更廣的觀測範圍，能覆蓋40度的天頂角。

大射電望遠鏡的工作頻率比較廣。彭勃說，饋源艙內配置了覆蓋頻率70MHz～3GHz的多波段、多波束饋源和接收機系統。

關注

觀天巨眼要找啥

「跟其他射電望遠鏡一樣，中國大射電望遠鏡最主要的兩大科學目標是巡視宇宙中的中性氫和觀測脈衝星，前者是研究宇宙大尺度物理學，以探索宇宙起源和演化，後者是研究極端狀態下的物質結構與物理規律。」中科院國家天文臺副臺長鄭曉年說。

地球大氣層留給人類探索宇宙兩個窗口，一個是光學，一個是射電。對天文學家來說，如果光學望遠鏡是顯微鏡，那麼射電望遠鏡就是CT機，可以獲得天體的超精細結構。

「有7套接收機，因為不同的波段觀測的頻率不一樣，觀測和研究目標就不一樣。」中國科學院國家天文臺研究員、FAST工程副經理彭勃說，在大射電望遠鏡眼中，宇宙和宇宙天體是一種立體的呈現。

半個多世紀以來，全世界所有射電望遠鏡收集的能量尚翻不動一頁紙，中國大射電望遠鏡的加盟將大大加快這一速度。而收集的能量，意味著解讀宇宙深處奧秘的信息量。

「從射電望遠鏡誕生至今，人類共發現了約2500顆脈衝星，如果中國大射電望遠鏡的工作時間全部用於觀測脈衝星，它一年時間內就有望將這個數量翻倍。」彭勃說，脈衝星可以用於脈衝星導航、脈衝星計時陣等應用目標。

「宇宙空間混雜各種輻射，遙遠的信號像雷聲中的蟬鳴，沒有超級靈敏的『耳朵』，根本就分辨不出來。」FAST工程首席科學家、總工程師南仁東認為，大射電望遠鏡還有可能會發現一些前所未見的脈衝星現象，比如說一個脈衝星和一個黑洞結對，那麼就可能產生突破性的理論。

物理學發展中的每一次小小的進步，都伴隨著極大的艱難與曲折。但在人類文明進步的每個階段，物理學始終站在解放生產力的前沿。彭勃說，科學家利用阿雷西博望遠鏡發現引力波，並獲得諾貝爾物理學獎，中國大射電望遠鏡則為自然科學特別是物理學相關領域提供了重大發現的機會。

「針對大眾十分關心的大射電望遠鏡能否用於尋找地外文明，答案是肯定的。」彭勃表示，它是探測系外行星尤其是類地行星的利器。由於靈敏度提高，它能看到更遠、更暗弱的天體，通過探測星際分子、搜索可能的星際通訊信號，尋找地外文明的機率比現有設備提升了5至10倍。

京華時報記者潘珊菊新華社