又一項世界第一!中國“天眼”FAST射電望遠鏡竣工
7月3日,中科院國家天文台主持建設,位於貴州省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(Five hundred meter Aperture Spherical Telescope,簡稱FAST)完成最後一塊反射面單元的吊裝。根據建設規劃,FAST將在2016年9月全部建成並初步投入使用,屆時,FAST成為世界上現役的口徑最大、最具威力的單天線射電望遠鏡。
著名科幻作家劉慈欣,也出席了竣工儀式。
FAST的本體是由4000多塊反射面板組成的半徑500米球反射面,總面積約25萬平方米,相當於30個足球場的大小。
FAST重要應用價值
1. 把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣,將深空通訊數據下行速率提高100倍。脈衝星到達時間測量精度由2008年為止已有的120納秒提高至30納秒,成為國際上最精確的脈衝星計時陣,為自主導航這一前瞻性研究製作脈衝星鍾。
FAST作為一個多學科基礎研究平台,有能力將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣,觀測暗物質和暗能量,尋找第一代天體。能用一年時間發現約7000顆脈衝星,研究極端狀態下的物質結構與物理規律;有希望發現奇異星和夸克星物質;發現中子星——黑洞雙星,無需依賴模型精確測定黑洞質量;通過精確測定脈衝星到達時間來檢測引力波;作為最大的台站加入國際甚長基線網,為天體超精細結構成像;還可能發現高紅移的巨脈澤星系,實現銀河系外第一個甲醇超脈澤的觀測突破;用於搜尋識別可能的星際通訊信號,尋找地外文明等等。
2. 進行高分辨率微波巡視,以1Hz的分辨率診斷識別微弱的空間訊號,作為被動戰略雷達為國家安全服務。作為“子午工程”的非相干散射雷達接收系統,提供高分辨率和高效率的地面觀測;跟蹤探測日冕物質拋射事件,服務於太空天氣預報。
3. FAST研究涉及了眾多高科技領域,如天線製造、高精度定位與測量、高品質無線電接收機、傳感器網絡及智能信息處理、超寬帶信息傳輸、海量數據存儲與處理等。FAST關鍵技術成果可應用於諸多相關領域,如大尺度結構工程、公里範圍高精度動態測量、大型工業機器人研製以及多波束雷達裝置等。FAST的建設經驗將對中國製造技術向信息化、極限化和綠色化的方向發展產生影響。
4. FAST建在貴州,將會對中國西南貧困山區的經濟發展和社會繁榮產生不可估量的影響,為國家西部開發戰略貢獻力量。

FAST施工現場
開創建造巨型射電望遠鏡的新模式
這個位於貴州省黔南州平塘縣大窩凼窪地的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)去年7月17日開工建設,它突破了以往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是世界在建的最大射電望遠鏡,藉助天然圓形溶岩坑建造。FAST的反射鏡邊框是1500米長的環形鋼樑,而鋼索則依託鋼樑,懸垂交錯,呈現出球形網狀結構。

FAST建造過程中
索網結構是FAST主動反射面的主要支撐結構,是反射面主動變位工作的關鍵點。索網製造與安裝工程也是500米口徑球面射電望遠鏡工程的主要技術難點之一,其關鍵技術問題主要包括:超大跨度索網安裝方案設計、超高疲勞性能鋼索結構研製、超高精度索結構製造工藝等。而索網工程的順利完成,意味着FAST工程已經在上述關鍵技術難點方面實現實質性突破。

FAST建造過程中
FAST索網結構直徑500米,採用短程線網格劃分,並採用間斷設計方式,即主索之間通過節點斷開。索網結構的一些關鍵指標遠高於國內外相關領域的規範要求:例如,主索索段控制精度須達到1毫米以內,主索節點的位置精度須達到5毫米,索構件疲勞強度不得低於500MPa。整個索網共6670根主索、2225個主索節點及相同數量的下拉索。索網總重量約為1300餘噸,主索截面一共有16種規格,截面積介於280—1319平方毫米之間。由於場地條件限制,全部索結構須在高空中進行拼裝。

施工安裝現場
索網採取主動變位的獨特工作方式, 即根據觀測天體的方位,利用促動器控制下拉索,在500米口徑反射面的不同區域形成直徑為300米的拋物面,以實現天體觀測。
FAST索網是世界上跨度最大、精度最高的索網結構,也是世界上第一個採用變位工作方式的索網體系。其技術難度不言而喻,需要攻克的技術難題貫穿索網的設計、製造及安裝全過程。僅以高應力幅鋼索研製為例,FAST工程對拉索疲勞性能的要求相當於規範規定值的2倍,國內外均沒有可借鑑的經驗或資料作為參考。其研製工作經歷了反覆的“失敗—認識—修改—完善”過程,最終歷時一年半時間才完成技術攻關。所取得的成果已經在國際專家評審會上得到國外專家組的認可,成功在FAST工程上得到應用。隨着索網諸多技術難題的不斷攻克,形成了12項自主創新性的專利成果,其中發明專利7項,這些成果對我國索結構工程水平起到了巨大的提升作用,也將應用到國民經濟的其他領域。

建成後俯瞰FAST效果圖