世界最大單口望遠鏡

　　中國科學院國家天文臺主導建設，是具有我國自主智慧財產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。想知道它到底有多大嗎?小編和你一起來探究吧!

　　FAST簡介

　　FAST***Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope***500米口徑球面射電望遠鏡位於貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣大窩凼的喀斯特窪坑中。500米口徑球面射電望遠鏡被譽為“中國天眼”，由我國天文學家於1994年提出構想，從預研到建成歷時22年，於2016年9月25日落成，開始接收來自宇宙深處的電磁波。[1] 由中國科學院國家天文臺主導建設，是具有我國自主智慧財產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。[2] 500米口徑球面射電望遠鏡作為國家重大科技基礎設施，“天眼”工程由主動反射面系統、饋源支撐系統、測量與控制系統、接收機與終端及觀測基地等幾大部分構成。主動反射面是由上萬根鋼索和4450個反射單元組成的球冠型索膜結構，其外形像一口巨大的鍋，接收面積相當於30個標準足球場。利用天然的喀斯特窪坑作為臺址，窪坑內鋪設數千塊單元組成冠狀主動反射面，採用輕型索拖動機構和並聯機器人實現接收機高精度定位，這是中國‘天眼’的三大自主創新。”[1] 藉助這隻巨大的“天眼”，科研人員可以窺探星際之間互動的資訊，觀測暗物質，測定黑洞質量，甚至搜尋可能存在的星外文明。眾多獨門絕技讓其成為世界射電望遠鏡中的佼佼者，這也將為世界天文學的新發現提供重要機遇。與德國波恩100米望遠鏡相比，“天眼”的靈敏度提高了約10倍;與美國阿雷西博350米望遠鏡相比，“天眼”的綜合性能也提高了約10倍。“天眼”能夠接收到137億光年以外的電磁訊號，觀測範圍可達宇宙邊緣。　從2016年9月25日起，“天眼”方圓5公里將成為“靜默區”。這個龐然大物開始睜開“慧眼”，專注地捕捉來自宇宙深空的訊號。

　　FAST索網結構

　　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、超高疲勞效能鋼索結構研製、超高精度索結構製造工藝等。而索網工程的順利完成，意味著FAST工程已經在上述關鍵技術難點方面實現實質性突破。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。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工程對拉索疲勞效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。隨著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。

　　FAST專案介紹

　　預計在2013年，一座口徑達500米的球面射電望遠鏡FAST，將在貴州喀斯特窪地建成。該專案首席科學家、中科院國家天文臺南仁東研究員在上海召開的“中國天文學會2006年學術年會”上表示，與世界現有最大口徑100米望遠鏡相比，其觀測能力提高了10倍，並且將在未來20~30年保持世界領先地位。12月21日，中航工業貴州雲馬飛機制造廠運用航空製造技術，成功完成了FAST專案12米相似三角形的鋁合金面板驗證模型製造。該模型由100個1.2米等邊三角形構成，每個等邊三角形三個交點孔位置精度保持在0.1-0.15mm。該模型的成功製造，標誌著雲馬廠在走向參與規劃建設目前世界上最大的、具有500米口徑球面射電望遠鏡***Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，簡稱FAST***的工作中邁出了重要一步。據悉，FAST是國家科教領導小組審議確定的國家九大科技基礎設施之一，2007年7月10日，經國家發改委正式批覆FAST立項後進入可行性研究階段。由中國科學院和貴州省人民政府共同建設。建設週期以開工報告通過之日起約5.5年。該專案擬採用我國科學家獨創的設計和我國貴州南部的喀斯特窪地的獨特地形條件，建設一個約30個足球場大的高靈敏度的巨型射電望遠鏡。FAST建成後將成為世界上最大口徑的射電望遠鏡，FAST與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠鏡相比，靈敏度提高約10倍;與排在阿波羅登月之前、被評為人類20世紀十大工程之首的美國Arecibo 300米望遠鏡相比，其綜合性能提高約10倍。作為世界最大的單口徑望遠鏡，FAST將在未來20～30年保持世界一流裝置的地位。FAST的設計技術方案除了在觀測中性氫線及其他釐米波段譜線，開展從宇宙起源到星際物質結構的探討、對闇弱脈衝星及其他闇弱射電源的搜尋、高效率開展對地外理性生命的搜尋等6個方面實現科學和技術的重大突破外，還將作為一個多學科基礎研究平臺，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。

　　FAST工程概況

　　500米口徑球面射電望遠鏡***Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope***利用貴州喀斯特地區的窪坑作為望遠鏡臺址，建造世界第一大單口徑射電望遠鏡，其擁有30個標準足球場大的接收面積。FAST作為世界最大的單口徑望遠鏡，將在未來20至30年保持世界一流地位。全新的設計思路，加之得天獨厚的臺址優勢，使其突破瞭望遠鏡的百米工程極限，開創了建造巨型射電望遠鏡的新模式。

　　FAST意義價值

　　具有中國獨立自主智慧財產權的FAST，是世界上正在建造及計劃中的口徑最大、最具威力的單天線射電望遠鏡，其設計綜合體現了我國高技術創新能力。它將在基礎研究眾多領域，例如宇宙大尺度物理學、物質深層次結構和規律等方向提供發現和突破的機遇，也將在日地環境研究、國防建設和國家安全等方面發揮不可替代的作用。其建設將推動眾多高科技領域的發展，提高原始創新能力、整合創新能力和引進消化吸收再創新能力。它的建設與執行將促進西部經濟的繁榮和社會進步，符合國家區域發展總體戰略。FAST的天線口徑為500米，將是國際上最大的單口徑望遠鏡，與號稱“地面最大的機器”德國波恩100米望遠鏡相比，其靈敏度提高約10倍。如果天體在宇宙空間均勻分佈，FAST可觀測目標的數目將增加約30倍。與美國Arecibo 300米望遠鏡相比，FAST靈敏度高2.25倍，而且Arecibo 20°天頂角的工作極限，限制了觀測天區，特別是限制聯網觀測能力。可以預測FAST將在未來20-30年保持世界一流裝置的地位，並將吸引國內外一流人才和前沿科研課題，成為國際天文學術交流中心。