關(guān)于FAST項(xiàng)目運(yùn)行環(huán)境的影響因子分析及保護(hù)建議

摘 要：為了提高深空探測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)國(guó)家天文事業(yè)的跨越式發(fā)展，經(jīng)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)立項(xiàng)批準(zhǔn)，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)和貴州省人民政府在黔南州平塘縣建設(shè)國(guó)家九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一——500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five-hundred-meters Aperture Spherical radio Telescope，簡(jiǎn)稱FAST）。文章主要分析了FAST周邊環(huán)境的主要影響因子對(duì)其運(yùn)行時(shí)的影響，同時(shí)通過(guò)分析提出保護(hù)對(duì)策建議，為FAST建成后能夠安全運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障，為下一步的保護(hù)工作奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：FAST；影響因子；環(huán)境保護(hù)

一、FAST基本情況

FAST項(xiàng)目是指由中國(guó)國(guó)家科教領(lǐng)導(dǎo)小組審議確定的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，簡(jiǎn)稱FAST）。臺(tái)址選定在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的大窩凼洼地，此洼地位于北緯25.647222度，東經(jīng)106.85583度，直徑大約800米。總體位于貴州高原向廣西丘陵過(guò)渡的斜坡地帶，地勢(shì)總體上北高南低，區(qū)域內(nèi)碳酸鹽巖廣泛分布，巖溶峰丘、洼地、落水洞極為發(fā)育，地形起伏不平，低山地形。大窩凼洼地的山梁最高為東南側(cè)山頭，標(biāo)高1201m，洼地的最低點(diǎn)標(biāo)高841m，最大相對(duì)高差達(dá)360m。洼地地表巖溶洼地發(fā)育，地形起伏大，坡度較陡，地貌類(lèi)型簡(jiǎn)單，局部山體陡峭，形成陡崖和懸壁。

二、FAST區(qū)位輻射地區(qū)范圍

以FAST望遠(yuǎn)鏡為中心，參照電磁波寧?kù)o區(qū)劃分原則：5公里范圍為核心區(qū)，5～10公里為中間區(qū)，10～30公里為邊遠(yuǎn)區(qū)。500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）臺(tái)址地處貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的天然洼地（地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°51'21″，北緯25°38'50″）。東距平塘縣城51km（地處東經(jīng)106°40'29″～107°26'19″，北緯25°29'55″～26°06'41″之間），南距羅甸縣城27km（地處東經(jīng)106°40'29″～107°26'19″，北緯25°29'55″～26°06'41″之間），北距惠水縣城57km（地跨東經(jīng)106°22′～107°06′，北緯25°41′～26°18′）。

FAST半徑5公里總面積為78.5平方公里，其中包含：（1）平塘縣塘邊鎮(zhèn)4個(gè)村和克度鎮(zhèn)5個(gè)村，共計(jì)1794戶，8097人；（2）羅甸縣沫陽(yáng)鎮(zhèn)3個(gè)村共235戶，1013人。

FAST半徑10公里總面積為314平方公里，其中包含：（1）平塘縣通州鎮(zhèn)1個(gè)村（翁崗村），克度鎮(zhèn)11個(gè)村，塘邊鎮(zhèn)9個(gè)村；（2）羅甸縣沫陽(yáng)鎮(zhèn)董架社區(qū)10個(gè)村；沫陽(yáng)鎮(zhèn)董當(dāng)社區(qū)9個(gè)村。

FAST半徑30公里總面積為2826平方公里，其中包含：平塘縣內(nèi)通州鎮(zhèn)10個(gè)村，克度鎮(zhèn)13個(gè)村，塘邊鎮(zhèn)10個(gè)村，大塘鎮(zhèn)8個(gè)村，牙舟鎮(zhèn)4個(gè)村，甲茶鎮(zhèn)9個(gè)村。

羅甸縣內(nèi)邊陽(yáng)鎮(zhèn)35個(gè)村，龍坪鎮(zhèn)27個(gè)村，沫陽(yáng)鎮(zhèn)5個(gè)村；

惠水縣內(nèi)包括：抵季鄉(xiāng)和羨塘鄉(xiāng)。涉及廣西壯族自治區(qū)：柳州市、河池市、百色市相關(guān)地區(qū)。

三、FAST科學(xué)意義及影響

為了提高深空探測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)國(guó)家天文事業(yè)的跨越式發(fā)展，經(jīng)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)立項(xiàng)批準(zhǔn)，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)和貴州省人民政府在黔南州平塘縣建設(shè)國(guó)家九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一—500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five-hundred-meters Aperture Spherical radio Telescope，簡(jiǎn)稱FAST）。

大型射電望遠(yuǎn)鏡是人類(lèi)直接觀測(cè)遙遠(yuǎn)星體，尋找類(lèi)似太陽(yáng)系或地球的宇宙環(huán)境，以及潛在智慧生命的重要設(shè)施，其科學(xué)目標(biāo)主要是巡視宇宙中的中性氫、發(fā)現(xiàn)新脈沖星、探測(cè)星際分子、尋找地外文明等，在航天工程及其他領(lǐng)域具有廣泛用途。

目前，我國(guó)單口徑射電望遠(yuǎn)鏡有：北京50米口徑輪軌式射電望遠(yuǎn)鏡、昆明40米口徑轉(zhuǎn)臺(tái)式射電望遠(yuǎn)鏡、烏魯木齊25米口徑厘米波射電望遠(yuǎn)鏡等，但現(xiàn)存的這些射電望遠(yuǎn)鏡已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)天文學(xué)研究和探測(cè)太空的需求，且與國(guó)際著名單口徑射電望遠(yuǎn)鏡如：目前世界最大305米口徑的美國(guó)阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡、澳大利亞帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡、德國(guó)艾弗爾斯貝格射電望遠(yuǎn)鏡等差距甚遠(yuǎn)。

FAST是世界上正在建造及計(jì)劃中的口徑最大的單天線射電望遠(yuǎn)鏡，為我國(guó)開(kāi)展“暗物質(zhì)”和“暗能量”本質(zhì)、宇宙起源和演化、太空生命起源和尋找地外文明等研究活動(dòng)提供重要支持，而且將在我國(guó)國(guó)防建設(shè)和國(guó)家安全等方面發(fā)揮不可替代的作用。同時(shí)FAST的建設(shè)將對(duì)貴州經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及科技、教育、旅游、制造、信息等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大推動(dòng)作用。

四、FAST影響因子分析

雖然即將建成的FAST射電望遠(yuǎn)鏡具有龐大的鋼筋鐵骨，但影響其結(jié)構(gòu)安全和獲取高質(zhì)量射電信號(hào)的環(huán)境因素眾多，現(xiàn)將這些因素歸納并給出相應(yīng)的防護(hù)措施：

（一）極限氣候，如暴雪、暴雨、大風(fēng)、冰雹、雷電、酸雨以及地質(zhì)災(zāi)害等對(duì)望遠(yuǎn)鏡的損害。

FAST臺(tái)址處于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候區(qū)，所處洼地具有低風(fēng)速、冬季少雪和少冰雹的自然條件，無(wú)重大自然災(zāi)害記錄。近40年的溫度資料顯示， 臺(tái)址區(qū)冬季最低溫度不低于零下8度，最高在38度左右。積雪最大深度14 毫米，由于臺(tái)址區(qū)冬季溫度較高，積雪基本在1天時(shí)間內(nèi)融化，其產(chǎn)生壓力在FAST主動(dòng)反射面面板設(shè)計(jì)承受范圍內(nèi)。已知臺(tái)址區(qū)最大風(fēng)速12米/秒，設(shè)計(jì)的FAST饋源支撐系統(tǒng)在8米/秒的風(fēng)速下仍能正常工作，如果按照天氣預(yù)報(bào)風(fēng)力大于8米/秒，將采取降下饋源艙，停止觀測(cè)的保護(hù)措施[ 1 ]。考慮到臺(tái)址區(qū)可能的冰雹災(zāi)害，必須裝備防雹炮等設(shè)施，以避免對(duì)望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)造成大的損害。雷區(qū)一般在河谷平原土壤導(dǎo)電性較好地域，F(xiàn)AST所在的山區(qū)巖石地貌不易遭雷擊。

由于貴州多雨、多山，很容易產(chǎn)生滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害。氣象局和防震減災(zāi)局要明確具體的部門(mén)和人員負(fù)責(zé)氣象和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防工作，特別是對(duì)FAST核心5公里范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)一步進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查，掌握和熟知地質(zhì)災(zāi)害的類(lèi)型、范圍、危險(xiǎn)程度、威脅對(duì)象，在危險(xiǎn)區(qū)邊界上設(shè)立明顯警示標(biāo)志，做好監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)工作，采取綜合治理措施，做好封山育林、水土保持工作，控制和減少泥石流、礦山地面沉陷、滑坡、崩塌、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害。

（二）無(wú)線電干擾

FAST臺(tái)址處于貴州喀斯特洼地，人煙稀少，電噪活動(dòng)水平低，加之周?chē)綆n的天然電波屏障，十年的無(wú)線電監(jiān)測(cè)以及近期國(guó)際SKA電波環(huán)境檢測(cè)結(jié)果表明，該臺(tái)址為世界上少有的電波寧?kù)o區(qū)之一。 但是由于FAST望遠(yuǎn)鏡極高的靈敏度和所要求的70MHz-3GHz連續(xù)寬帶頻率覆蓋，人類(lèi)活動(dòng)，例如微波中繼、電視廣播、移動(dòng)通訊、高壓輸電線路、甚至汽車(chē)啟動(dòng)和個(gè)人電腦所產(chǎn)生的微弱輻射，都可能?chē)?yán)重污染觀測(cè)數(shù)據(jù)。在FAST的低頻波段，由于電波的繞射，山地隔離效應(yīng)變差。同時(shí)，在此波段廣播通訊設(shè)備成本低廉，主動(dòng)用戶擁擠不堪，隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，電波環(huán)境惡化趨勢(shì)不言而喻。在FAST近3GHz的帶寬內(nèi)，只有少量的窄頻段是規(guī)劃給射電天文的，即使是在劃分給射電天文作為主要業(yè)務(wù)的頻率，其它主動(dòng)業(yè)務(wù)的允許雜散干擾也遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)FAST靈敏度所能容忍的門(mén)限值[ 2 ]。

FAST的設(shè)計(jì)建設(shè)需要考慮望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)傳輸通道與地方有線通訊的兼容，共享頻譜資源。在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，盡量減少對(duì)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。然而，在全球化信息時(shí)代，來(lái)自空間和地面的電磁輻射與日俱增的趨勢(shì)不可避免。在保護(hù)電波環(huán)境的同時(shí)，需要不斷地發(fā)展望遠(yuǎn)鏡抗擾技術(shù)，提高望遠(yuǎn)鏡對(duì)干擾的自身免疫力。另一方面，需要地方無(wú)線電管理局做好無(wú)線電頻率的劃分、分配與指配，協(xié)調(diào)處理好無(wú)線電監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、干擾查處，電磁干擾事宜。

（三）生態(tài)環(huán)境的影響

臺(tái)址周邊砍伐林木、地表水系的改道等生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，造成臺(tái)址周?chē)牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生滑坡、泥石流、崩塌等對(duì)望遠(yuǎn)鏡破壞的地質(zhì)活動(dòng)。建議通過(guò)人工綠化方式進(jìn)行景觀補(bǔ)償，通過(guò)合理布置綠化樹(shù)種，綠地上植被的布置要求草、灌、喬木的合理分布，營(yíng)造立體的綠化空間，有效的防止石漠化和水土流失的出現(xiàn)，進(jìn)一步防止損壞望遠(yuǎn)鏡的地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

根據(jù)國(guó)外天文臺(tái)望遠(yuǎn)鏡周邊生態(tài)環(huán)境的基本情況，建議核心區(qū)森林覆蓋率90%以上，緩沖區(qū)要求70%以上。

（四）固體廢物、廢水、廢氣影響

臺(tái)址周邊的固體廢棄物主要為建筑垃圾、建筑棄土、生活垃圾，主要包括廢水泥、石子、泥土、場(chǎng)地清理出來(lái)的物料、混合材料等和施工人員的生活垃圾以及產(chǎn)生一定量的泥漿水、生活污水、機(jī)械尾氣等。

建議施工期間及時(shí)將臺(tái)址周邊垃圾清理，不然多雨的天氣必然造成水土流失，破壞FAST臺(tái)址的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。同時(shí)通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置污水收集和簡(jiǎn)易處理設(shè)施，加強(qiáng)施工廢水管理等措施，以防止廢水腐蝕望遠(yuǎn)鏡的鋼架結(jié)構(gòu)。只要在FAST完工前采取合理的治理措施，施工三廢不會(huì)對(duì)望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)行產(chǎn)生影響。

（五）噪聲環(huán)境影響

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析本項(xiàng)目噪聲原因主要為施工機(jī)械及運(yùn)輸車(chē)輛造成的。施工期噪聲源主要包括：開(kāi)挖土方、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、構(gòu)筑物砌筑、場(chǎng)地清理和修理、裝修等使用施工機(jī)械的固定聲源噪聲以及施工運(yùn)輸車(chē)輛的流動(dòng)噪聲聲源。這些噪聲源不同于無(wú)線電電磁波，不會(huì)對(duì)FAST的運(yùn)行產(chǎn)生影響，并且施工期的噪聲影響是短期的，明年項(xiàng)目建成后，施工期噪聲的影響也就此結(jié)束。但建議臺(tái)址周邊核心5公里應(yīng)保持寧?kù)o的自然環(huán)境。

（六）人為因素的影響

FAST射電望遠(yuǎn)鏡建成后，人為因素可能是影響FAST正常運(yùn)行的最關(guān)鍵因素，也是最難管理的因素。

一是由于FAST核心區(qū)屬于開(kāi)放區(qū)域，F(xiàn)AST臺(tái)址周?chē)袌?zhí)法管理人員巡視，能夠及時(shí)制止影響FAST運(yùn)行的人為活動(dòng)，但是在面積廣大的開(kāi)放的核心區(qū)，并不能及時(shí)有效的阻止，甚至不能發(fā)現(xiàn)這些人為因素的影響，比如使用手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、引起的森林火災(zāi)、也有可能私自躲避臺(tái)址管理人員進(jìn)入FAST臺(tái)址等。這些人為因素的影響，僅靠FAST臺(tái)址的監(jiān)測(cè)和管理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

二是由于FAST臺(tái)址位于平塘、羅甸、惠水縣三縣跨行政區(qū)域交匯處。導(dǎo)致FAST核心區(qū)和面積更為寬廣的緩沖區(qū)來(lái)往人員流動(dòng)密集復(fù)雜，這些人員的活動(dòng)可能將直接對(duì)FAST的運(yùn)行環(huán)境造成影響。據(jù)此建議在FAST核心區(qū)和部分緩沖區(qū)安裝攝像頭和防護(hù)設(shè)置，對(duì)這些重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)。同時(shí)成立一支綜合執(zhí)法和管理機(jī)構(gòu)執(zhí)施監(jiān)管，對(duì)發(fā)現(xiàn)的人為影響及時(shí)制止。

三是對(duì)游客、各類(lèi)學(xué)術(shù)研究活動(dòng)等安全管理及秩序的維持也是需要大量的人力投入，必須有專職的管理機(jī)構(gòu)及管理機(jī)制運(yùn)行。

五、保護(hù)措施建議

1）建議立法保護(hù)，并在FAST試運(yùn)行的同時(shí)，法律同步執(zhí)行；

2）建議地方政府設(shè)立一個(gè)綜合執(zhí)法和管理的機(jī)構(gòu)，工作地長(zhǎng)設(shè)在FAST半徑10公里內(nèi)。全面履行10公里半徑內(nèi)相關(guān)部門(mén)的執(zhí)法職能以及進(jìn)行全面管理。協(xié)助相關(guān)部門(mén)管理半徑30公里的區(qū)域（該機(jī)構(gòu)可通過(guò)整合所轄區(qū)域職能設(shè)立）。

3）建議地方政府設(shè)立州級(jí)FAST運(yùn)行保障資金，進(jìn)入財(cái)政預(yù)算。確保運(yùn)行所需人力、物力需求。

4）建議地方氣象局、無(wú)線電管理局、防震減災(zāi)局等相關(guān)技術(shù)部門(mén)應(yīng)在FAST半徑10公里范圍內(nèi)建立預(yù)測(cè)、預(yù)告、防控等機(jī)站。以防自然災(zāi)害對(duì)其的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭勃，南仁東，朱文白等.500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）可行性報(bào)告[C].

[2] 2002中國(guó)天文望遠(yuǎn)鏡及儀器學(xué)術(shù)討論會(huì).2002.

作者簡(jiǎn)介：

張宇（1986-），男，碩士，研究方向：環(huán)境工程。