“國(guó)之重器”FAST

FAST簡(jiǎn)介：

500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five hundred meter Aperture Spherical radio Telescope）英文簡(jiǎn)稱是FAST，是目前世界第一大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。

FAST主動(dòng)反射面是由8895根鋼索和4450個(gè)反射單元組成的球冠型索膜結(jié)構(gòu)，口徑約500米，通過主動(dòng)控制可在觀測(cè)方向形成300米口徑瞬時(shí)拋物面。采用光機(jī)電一體化的索支撐輕型饋源平臺(tái)，加之饋源艙內(nèi)的二次調(diào)整裝置，在饋源與反射面之間無(wú)剛性連接的情況下，能實(shí)現(xiàn)高精度的指向跟蹤。理論上說(shuō)，F(xiàn)AST能接收到137億光年以外的電磁信號(hào)，這個(gè)距離接近于宇宙的邊緣。FAST與號(hào)稱“地面最大的機(jī)器”的德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，靈敏度提高約10倍；與排在阿波羅登月之前、被評(píng)為人類20世紀(jì)十大工程之首的美國(guó)阿雷西博300米望遠(yuǎn)鏡相比，其綜合性能提高約2.25倍。

FAST建設(shè)大事記：

1994年，F(xiàn)AST選址工作啟動(dòng)，開始了歷時(shí)十余年的預(yù)研究。最終選定貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村大窩凼洼地作為FAST臺(tái)址。

2011年3月5日，F(xiàn)AST臺(tái)址開挖工程啟動(dòng)。

2012年12月，F(xiàn)AST臺(tái)址開挖主體工程完工。

2013年12月31日，順利完成了鋼結(jié)構(gòu)主動(dòng)反射面環(huán)形支撐圈梁制造與安裝，實(shí)現(xiàn)了合攏。

2014年3月15日，饋源支撐塔開始安裝，11月30日竣工。

2014年7月17日，反射面索網(wǎng)安裝開始，2015年2月4日完成安裝工作。

2015年8月2日，安裝第一塊單元反射面板。

2015年11月21日，500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）的核心部件“饋源艙”進(jìn)行首次升艙實(shí)驗(yàn)，這標(biāo)志著整個(gè)工程即將進(jìn)入尾聲。

2016年7月3日，最后一塊反射面板安裝完成，標(biāo)志著世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡主體工程全面完工。

2016年9月25日，F(xiàn)AST工程竣工。

三大自主創(chuàng)新：

1.利用獨(dú)一無(wú)二的貴州天然喀斯特洼地作為臺(tái)址

“大窩凼”的球形洼地與FAST的球面設(shè)計(jì)十分貼合，這使得工程的土石方開挖量從平地狀態(tài)的3000萬(wàn)方銳減到只有54萬(wàn)方，工程開挖量最小；“大窩凼”的喀斯特地質(zhì)條件可以保障雨水向地下泄流，不在表面淤積而損壞望遠(yuǎn)鏡；“大窩凼”周圍矗立著5座山峰，附近5千米半徑之內(nèi)沒有一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是屏蔽外界電波干擾的環(huán)境理想。

2.應(yīng)用主動(dòng)反射面技術(shù)在地面改正球差

總面積達(dá)25萬(wàn)平方米的反射面看起來(lái)像一口超級(jí)“大鍋”，總長(zhǎng)度超過1.5千米的鋼圈梁，將上萬(wàn)根鋼索牢牢固定住，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)上共有4450塊長(zhǎng)約11米的三角形反射面板，每塊反射面的背后都有鋼索牽拉，可以隨著天體的移動(dòng)來(lái)調(diào)整瞬時(shí)拋物面的方向，饋源艙也隨之一起運(yùn)動(dòng)，采集反饋信息。

3.輕型索拖動(dòng)饋源支撐將萬(wàn)噸平臺(tái)降至幾十噸

球面周圍有6座最高達(dá)168米的支撐塔，通過6條鋼索將30噸重的饋源艙緩緩拉升，懸吊在巨大球面的中心。所采用的光機(jī)電一體化技術(shù)，創(chuàng)新性地提出了輕型索支撐饋源平臺(tái)，并使用并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行二次精調(diào)，實(shí)現(xiàn)高精度指向追蹤。通過卷?yè)P(yáng)機(jī)收放鋼索，可以驅(qū)動(dòng)饋源艙在一個(gè)距離地面高140米至180米、直徑為207米的球冠面上運(yùn)動(dòng)，最大定位精度將小于10毫米。

四大應(yīng)用價(jià)值：

1.在國(guó)家重大需求方面有重要價(jià)值

FAST把中國(guó)空間測(cè)控能力由地球同步軌道延伸至太陽(yáng)系外緣，將深空通訊數(shù)據(jù)下行速率提高100倍。脈沖星到達(dá)時(shí)間測(cè)量精度由120納秒可提高至30納秒，成為國(guó)際上最精確的脈沖星計(jì)時(shí)陣，為自主導(dǎo)航這一前瞻性研究制作脈沖量鐘。

2.尋找宇宙天體

FAST作為一個(gè)多學(xué)科基礎(chǔ)研究平臺(tái)，有能力將中性氫觀測(cè)延伸至宇宙邊緣，觀測(cè)暗物質(zhì)和暗能量，尋找第一代天體，研究極端狀態(tài)下物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律；有希望發(fā)現(xiàn)奇異星和夸克星物質(zhì)；發(fā)現(xiàn)中子星——黑洞雙星；無(wú)需依賴模型精確測(cè)定黑洞質(zhì)量；可用于搜尋識(shí)別可能的星際通訊信號(hào)，尋找地外文明等。

3.展示貴州國(guó)際天文學(xué)術(shù)中心的形象窗口

有了FAST，邊緣閉塞的黔南喀斯特山區(qū)將變成世人矚目的國(guó)際天文學(xué)術(shù)中心，成為把貴州展現(xiàn)給世界的新窗口。以FAST為主體的天文科普基地將推進(jìn)我國(guó)西部、甚至全國(guó)的科普工作，為科教興國(guó)的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)服務(wù)。

4.拉動(dòng)貴州經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)繁榮

FAST建成后還將作為SKA（平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡）的先導(dǎo)單元。FAST建在貴州，將會(huì)對(duì)我國(guó)西南貧困山區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)繁榮產(chǎn)生不可估量的影響，為國(guó)家西部開發(fā)戰(zhàn)略貢獻(xiàn)力量。