世界最大單口徑射電望遠鏡核心部件開始調試

正在建設的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）工程21日取得重大進展——望遠鏡饋源支撐系統開始調試。

如果把射電望遠鏡比作天眼，饋源就是“眼睛”的“視網膜”，擔負着接收射電信號的任務。放置FAST饋源的饋源艙直徑達13米，重30噸。饋源支撐系統能否正常使用，決定着望遠鏡的“眼睛”能不能看，能看到多遠，能看得多清晰。

FAST工程副總工藝師孫才紅介紹，科研人員創新性地建設了6個支撐塔，每個支撐塔支撐1根柔性鋼索，“拽住”饋源艙。通過收放鋼索，饋源艙能夠在距離地面高140~180米，直徑為207米的球冠面上按照科學家的要求運動，設計定位和定姿的誤差不超過48毫米。為了進一步精確控制饋源，科研人員還在饋源艙中放置了一個並聯機器人。在這兩重精密的設計下，FAST可以實現高精度指向跟蹤，誤差不會超過10毫米。

FAST饋源支撐系統總工程師朱文白介紹，目前是調試的第一階段，使用的是等重等大的模擬艙，主要檢測鋼索能否實現設計目標。“估計經過兩個月左右，能夠得到結果。如果進展順利，就換上真正的饋源艙，開始第二階段調試。”

FAST是世界上最大的單口徑球面射電望遠鏡，工程預計將於2016年9月竣工。建成後，FAST將實現大天區面積、高精度的天文觀測，並在未來10～20年保持世界一流設備的地位。

為什麼要建FAST？

或將產生難以預測的科學成果

自從1937年美國人格羅特·雷伯造出首個射電望遠鏡，天文學研究就開啓了新篇章——脈衝星、宇宙微波背景輻射等重大的天文學發現都與射電望遠鏡密不可分。

決定射電望遠鏡能力的一個重要指標，是望遠鏡的口徑——口徑越大，探測闇弱天體的能力越強，能探測到的天體數目越多。目前在用的最大的單口徑射電望遠鏡是美國在20世紀60年代建造的阿雷西博射電望遠鏡，直徑為305米；其次就是德國波恩的100米望遠鏡。

我國科學家和工程技術人員利用喀斯特地貌形成的巨大窪地，鋪設了一個直徑為500米的球面射電望遠鏡。FAST工程副總工藝師孫才紅介紹：“FAST接收射電波的面積約有30個標準足球場大，與德國波恩望遠鏡相比，靈敏度提高約10倍；與美國阿雷西博望遠鏡相比，綜合性能提高約10倍。”

從宇宙起源與演化、暗物質暗能量與大尺度結構等科學研究，到空間飛行器的測控與通信等工程應用，FAST射電望遠鏡將發揮不可替代的作用。

FAST新在哪兒？

“大”“活”“輕”

孫才紅總結，FAST有三個最主要的創新點。第一就是“大”，利用地球上獨一無二的優良台址——貴州天然喀斯特巨型窪地作為望遠鏡台址。FAST饋源支撐系統總工程師朱文白解釋説，FAST需要一個電磁波寧靜區，“這裏附近5千米半徑之內沒有一個鄉鎮，25千米半徑之內只有一個縣城，是理想的無線電接收環境”。

第二個創新點是“活”，自主發明的主動變形反射面。朱文白介紹，阿雷西博望遠鏡的反射鏡面是“死”的，要靠饋源二次矯正電磁波信號。但FAST的反射鏡面是“活”的，科學家們用8895根鋼索和4450個三角形的反射單元組成了球冠型索膜結構，相當於在一個鋼索“網兜”上拼接出一個球形發射鏡面。通過協調控制這些鋼索，就能在球形鏡面上實現拋物面的連續變形，以跟蹤天體。

第三個創新點就是“輕”，自主提出輕型索支撐饋源平台建設。“阿雷西博望遠鏡的饋源平台有上千噸重，按照美國人的設計，FAST的饋源平台將達到近萬噸。”孫才紅説，FAST改變了設計，將饋源艙平台降至30噸，採用光機電一體化技術，建設了6個支撐塔，用固定在支撐塔上的6條柔性鋼索控制饋源平台，“加之饋源艙中的並聯機器人，通過鋼索和機器人的二次調控，實現望遠鏡接收機的高精度指向跟蹤”。