来源: 发布时间:2017-1-23 22:2:35
2016 中国十大科技进展新闻
FAST:中国“天眼”遥望苍穹

 
2016年9月25日,一个值得被载入中国天文学研究史册的日子。这一天,在祖国西南的苗岭深处——贵州省平塘县大窝凼,世界最大的单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)正式启用。
 
这个历时22年立项、论证、建成的庞然大“锅”,令全世界无比惊叹。然而身处其中才发现,这一观天重器所触发的震撼,远非“庞大”两个字所能涵盖。其巧妙的工程设计和精准的测量与控制系统,都足以让人类探究宇宙的梦想更加远大。
 
22年铸“天眼”
 
其实,FAST的落成并非易事,甚至可以堪称是一次艰苦卓绝的现代科研“长征”:从1994年开始选址到2016年竣工启用,这一走就是22载。
 
1994年4月,中国科学院国家天文台启动贵州选址工作,开始了FAST项目为期13年的预研究。在之后的十多年间,FAST项目总工程师、首席科学家南仁东只做了一件事:跋山涉水。他用双脚走遍贵州山区上百个窝凼,只为寻找一个又圆又大的“坑”。经历了一次次失望,一次次重新出发,一次次反复对比,直到团队来到了克度镇绿水村。
 
四周的青山抱着一片洼地,稀稀落落的木屋陈列其中。南仁东站在窝凼中间,兴奋之情溢于言表:“这里好圆!”最终,南仁东和他的团队决定将这里作为FAST的“家”。
 
初期勘探结束后,大多数人都回归原位,只有南仁东依旧在不停地四处奔波,逢人便“推销”这个项目。为了寻求技术上的合作,在他拟定的项目立项申请书的最后,甚至出现了20多个合作单位。
 
功夫不负有心人。2005年11月,FAST申请立项;2007年7月10日,国家批复FAST正式立项;2011年3月25日,村民搬迁完毕,FAST工程正式动工建设。
 
在关键技术无先例可循、关键材料急需攻关、核心技术遭遇封锁的重重困境下,在从提出想法到项目落成的22年时间里,南仁东带领着国内老中青三代科技工作者克服了不可想象的困难,最终实现了由跟踪模仿到集成创新的跨越。
 
随着支撑框架建设、反射面面板拼装、综合布线工程、馈源支撑系统升舱试验、主体工程以及全系统联合调试的相继完工,2016年9月25日,这只“慧眼”终于得以缓缓张开。历经20余年,中国科学家终于实现了建成我国自己的大型射电望远镜的梦想。
 
作为世界最大的单口径射电望远镜,FAST的建成不仅为中国科学家探寻未知宇宙和生命起源开启了一道“天眼”,也将中国天文学研究推向了一个更为广深的世界。
 
领跑世界
 
FAST由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端及观测基地等几大部分构成。其中,主动反射面是由上万根钢索和4450个反射单元组成的球冠型索膜结构,其外形像一口巨大的锅,接收面积相当于30个标准足球场。
 
主动反射面的索网具备高弹性、抗拉伸、抗疲劳等特征,其500兆帕的超高应力幅是国家标准的2.5倍;帮助反射面变位的2000多个液压促动器,通过伸缩实现精确定位、协同运动,还可将自身各项状态信息上报给控制系统,满足适时跟踪、换源等运动要求;承担着传输各种数据信息使命的动光缆,可经受反复弯曲、卷绕和扭转等机械性能和恶劣自然环境的考验;4450个反射单元面板上均有孔洞,既减少风负载,又能提高透光率,对生态环境无公害,还大大降低了反射单元的自重
 
一项项创新技术的提出、实现和完成,以及建造工艺的精益求精,不仅体现了我国自主创新的能力,更推动了我国在天线制造技术、微波电子技术、并联机器人、大跨度结构、公里范围高精度动态测量等众多高科技领域的发展。
 
作为世界最大的单口径望远镜,FAST突破了射电望远镜的百米极限,开创了建造巨型射电望远镜的新模式,其将在未来10年至20年保持世界一流设备的地位。
 
与号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜相比,其灵敏度提高了约10倍;与排在阿波罗登月之前、被评为“人类20世纪十大工程”之首的美国阿雷西博 300米望远镜相比,其综合性能提高了约10倍。
 
FAST的建成也让中国天文学界倍感振奋。
 
“以前我们用国外望远镜来观测数据,虽然能够得到一些成果,但更多的是人家已经吃剩的冷饭。FAST等大科学装置,则可以使我国科学家成为相关研究的主导,使中国天文学研究水平得到整体提升。”中国科学院院士崔向群对《中国科学报》记者说。
 
“中国已为世界天文界作出了很多贡献,FAST的建成更加令人惊叹,它把中国天文学带到世界第一梯队。”在接受《中国科学报》记者采访时,平方公里阵列(SKA)总干事菲利普·约翰·戴蒙德如是评价。■
 
《科学新闻》 (科学新闻2017年1月刊 封面)
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