人天精妙結(jié)合

在FAST正式運轉(zhuǎn)以后，當(dāng)?shù)氐膰H射電科普旅游文化園專用通道以及觀景臺等亦將逐步對外開放。當(dāng)然，比之一般的旅游來說，在此沒有手機信號之地旅行，巡天遙看一千河，是另一番感覺。

回想當(dāng)年，彭勃說，射電望遠鏡在設(shè)計建造之初就曾遇到經(jīng)費緊張，但不管減什么科學(xué)家們都不愿縮小望遠鏡的口徑。不減小口徑，意味著選址大窩凼不會改變。

2011年9月，北京市建筑設(shè)計研究院有限公司（BIAD）復(fù)雜結(jié)構(gòu)研究院，接受中科院國家天文臺委托，進行FAST圈梁、索網(wǎng)的結(jié)構(gòu)咨詢方面的工作。由于BIAD在圈梁和格構(gòu)柱關(guān)系、降低索網(wǎng)應(yīng)力、索網(wǎng)節(jié)點設(shè)計等方面的突出工作，贏得了中科院天文臺科學(xué)家的信任，2012年完成咨詢?nèi)蝿?wù)后，中科院國家天文臺正式委托BIAD進行FAST反射面系統(tǒng)主體支承結(jié)構(gòu)設(shè)計。

該院鋼結(jié)構(gòu)所副所長張琳告訴《新民周刊》記者：“我們之前很少接觸到這樣的項目——一半是天然的，一半是人工建筑。盡管大窩凼很大，口徑500米，但畢竟不是人工構(gòu)建的，在借助天然地勢之前，我們必須要注意——在依賴地形的同時，也要適應(yīng)地形、順勢而為。”

BIAD設(shè)計團隊深入研究了FAST反射面的四大特點——首先是尺度巨大，口徑500米、面積是美國阿雷西博望遠鏡的2.5倍；其次是反射面在工作時，能實時調(diào)整形態(tài)，在觀測方向形成300米口徑瞬時拋物面以匯聚電磁波，這一點又完全不同于阿雷西博；第三則是其作為天文望遠鏡，精度需達到毫米級。外加工程位于地質(zhì)、地貌復(fù)雜的喀斯特洼地，邊界復(fù)雜。

“基于上述特點，F(xiàn)AST超越了以往工程的概念，其建造凸顯多項技術(shù)難題。通過科技攻關(guān)，中國工程師取得系列技術(shù)創(chuàng)新成果，建成世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠鏡，代表了中國制造的新水平。”張琳說。

去年于貴陽召開的第二屆“射電天體物理前沿及FAST早期科學(xué)”研討會上，美國加州大學(xué)伯克利分校射電實驗室主卡爾·海爾斯發(fā)言稱：“FAST相比起阿雷西博來說，更加靈敏，覆蓋更大天區(qū)，且具有19波束的接收機，這使得FAST在HI/OH吸收線、脈沖星搜尋等方面擁有革命性的機遇。”

由于星際氣體和塵埃的消光作用，光學(xué)望遠鏡難以看到更遠的恒星，值得慶幸的是，1950年，發(fā)現(xiàn)了星際氫原子（中性氫，常用HI表示）21厘米波長發(fā)射譜線，它幫了人類的大忙。遙遠的21厘米（即頻率為1420兆赫）射電輻射，能夠穿透“云山霧障”到達地球。但由于銀河系的自轉(zhuǎn)，按照多普勒效應(yīng)，21厘米波長的氫譜線不僅變寬，而且還發(fā)生頻率移動。譜線的頻率移動值越大，就表示發(fā)出該譜線的射電源的相對視向速度越大，也就是說，該射電源離我們越遠。而如果射電源里面HI的含量越多，它們發(fā)射出的輻射強度也就越大。這樣，從射電觀測資料便可推算出，在所測方向上的星際中性氫的含量，以及它們到觀測者的距離。而作為目前地球上口徑最大的射電望遠鏡FAST的優(yōu)勢正在于口徑大。

中科院國家天文臺射電部首席科學(xué)家李菂解釋說，我國的望遠鏡與美國望遠鏡都是整體固定在地面上，但我國望遠鏡500米口徑的球面是由四千多面主動反射單元構(gòu)成，這一個個小的反射單元可以進行對焦，因此靈敏度可達Arecibo望遠鏡的2倍，巡天速度是它的10倍。

中國科學(xué)院國家天文臺500米口徑球面射電望遠鏡工程總工藝師王啟明說，僅圈梁、索網(wǎng)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(dāng)于30個標(biāo)準(zhǔn)足球場那么大。盡管反射面板才1毫米厚，也用掉2000多噸鋁合金。”王啟明說。

但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。它在饋源與反射面之間無剛性連接的情況下，可實現(xiàn)毫米級指向跟蹤，確保精確地聚集和監(jiān)聽宇宙中微弱的射電信號。

張琳說：“北京市建筑設(shè)計研究院有限公司及合作團隊通過FAST的工程創(chuàng)新與實踐，提升了中國工程建造的水平，整合了產(chǎn)業(yè)鏈的上下游。FAST項目的研究成果也推廣應(yīng)用于多項國家重點工程，經(jīng)濟社會效益顯著。通過FAST項目積累下的寶貴經(jīng)驗，我們BIAD也跨界到了科學(xué)領(lǐng)域大工程復(fù)雜技術(shù)的挑戰(zhàn)中。”

中科院院長白春禮在FAST考察時曾指出：“當(dāng)前國際競爭十分激烈，要爭取FAST能夠按期竣工。早日竣工，早日拿到數(shù)據(jù)，也是早日回報國家給予工程的投資。”白春禮所謂的回報，未必是金錢方面的回報。例如，國內(nèi)的大飛機制造工程近年來投入巨大，一旦取得突破，將為我國的材料科學(xué)等諸多產(chǎn)業(yè)帶來成果和效益，這將極大地反哺工業(yè)、制造業(yè)和民生領(lǐng)域。