世界最大單口望遠(yuǎn)鏡
中國科學(xué)院國家天文臺(tái)主導(dǎo)建設(shè)，是具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡位于貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣大窩凼的喀斯特洼坑中。500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡被譽(yù)為“中國天眼”，由我國天文學(xué)家于1994年提出構(gòu)想，從預(yù)研到建成歷時(shí)22年，于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(xué)院國家天文臺(tái)主導(dǎo)建設(shè)，是具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。[2] 500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡作為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，“天眼”工程由主動(dòng)反射面系統(tǒng)、饋源支撐系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)、接收機(jī)與終端及觀測基地等幾大部分構(gòu)成。主動(dòng)反射面是由上萬根鋼索和4450個(gè)反射單元組成的球冠型索膜結(jié)構(gòu)，其外形像一口巨大的鍋，接收面積相當(dāng)于30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場。利用天然的喀斯特洼坑作為臺(tái)址，洼坑內(nèi)鋪設(shè)數(shù)千塊單元組成冠狀主動(dòng)反射面，采用輕型索拖動(dòng)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)接收機(jī)高精度定位，這是中國‘天眼’的三大自主創(chuàng)新。”[1] 借助這只巨大的“天眼”，科研人員可以窺探星際之間互動(dòng)的信息，觀測暗物質(zhì)，測定黑洞質(zhì)量，甚至搜尋可能存在的星外文明。眾多獨(dú)門絕技讓其成為世界射電望遠(yuǎn)鏡中的佼佼者，這也將為世界天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn)提供重要機(jī)遇。與德國波恩100米望遠(yuǎn)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(yuǎn)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信號，觀測范圍可達(dá)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(qū)”。這個(gè)龐然大物開始睜開“慧眼”，專注地捕捉來自宇宙深空的信號。
FAST索網(wǎng)結(jié)構(gòu)
索網(wǎng)結(jié)構(gòu)是FAST主動(dòng)反射面的主要支撐結(jié)構(gòu)，是反射面主動(dòng)變位工作的關(guān)鍵點(diǎn)。索網(wǎng)制造與安裝工程也是500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程的主要技術(shù)難點(diǎn)之一，其關(guān)鍵技術(shù)問題主要包括：超大跨度索網(wǎng)安裝方案設(shè)計(jì)、超高疲勞性能鋼索結(jié)構(gòu)研制、超高精度索結(jié)構(gòu)制造工藝等。而索網(wǎng)工程的順利完成，意味著FAST工程已經(jīng)在上述關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)方面實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性突破。FAST索網(wǎng)結(jié)構(gòu)直徑500米，采用短程線網(wǎng)格劃分，并采用間斷設(shè)計(jì)方式，即主索之間通過節(jié)點(diǎn)斷開。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一些關(guān)鍵指標(biāo)遠(yuǎn)高于國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的規(guī)范要求：例如，主索索段控制精度須達(dá)到1毫米以內(nèi)，主索節(jié)點(diǎn)的位置精度須達(dá)到5毫米，索構(gòu)件疲勞強(qiáng)度不得低于500MPa。整個(gè)索網(wǎng)共6670根主索、2225個(gè)主索節(jié)點(diǎn)及相同數(shù)量的下拉索。索網(wǎng)總重量約為1300余噸，主索截面一共有16種規(guī)格，截面積介于280—1319平方毫米之間。由于場地條件限制，全部索結(jié)構(gòu)須在高空中進(jìn)行拼裝。索網(wǎng)采取主動(dòng)變位的獨(dú)特工作方式, 即根據(jù)觀測天體的方位，利用促動(dòng)器控制下拉索，在500米口徑反射面的不同區(qū)域形成直徑為300米的拋物面，以實(shí)現(xiàn)天體觀測。FAST索網(wǎng)是世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也是世界上第一個(gè)采用變位工作方式的索網(wǎng)體系。其技術(shù)難度不言而喻，需要攻克的技術(shù)難題貫穿索網(wǎng)的設(shè)計(jì)、制造及安裝全過程。僅以高應(yīng)力幅鋼索研制為例，F(xiàn)AST工程對拉索疲勞性能的要求相當(dāng)于規(guī)范規(guī)定值的2倍，國內(nèi)外均沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)或資料作為參考。其研制工作經(jīng)歷了反復(fù)的“失敗—認(rèn)識(shí)—修改—完善”過程，最終歷時(shí)一年半時(shí)間才完成技術(shù)攻關(guān)。所取得的成果已經(jīng)在國際專家評審會(huì)上得到國外專家組的認(rèn)可，成功在FAST工程上得到應(yīng)用。隨著索網(wǎng)諸多技術(shù)難題的不斷攻克，形成了12項(xiàng)自主創(chuàng)新性的專利成果，其中發(fā)明專利7項(xiàng)，這些成果對我國索結(jié)構(gòu)工程水平起到了巨大的提升作用。
FAST項(xiàng)目介紹
預(yù)計(jì)在2013年，一座口徑達(dá)500米的球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST，將在貴州喀斯特洼地建成。該項(xiàng)目首席科學(xué)家、中科院國家天文臺(tái)南仁東研究員在上海召開的“中國天文學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)年會(huì)”上表示，與世界現(xiàn)有最大口徑100米望遠(yuǎn)鏡相比，其觀測能力提高了10倍，并且將在未來20~30年保持世界領(lǐng)先地位。12月21日，中航工業(yè)貴州云馬飛機(jī)制造廠運(yùn)用航空制造技術(shù)，成功完成了FAST項(xiàng)目12米相似三角形的鋁合金面板驗(yàn)證模型制造。該模型由100個(gè)1.2米等邊三角形構(gòu)成，每個(gè)等邊三角形三個(gè)交點(diǎn)孔位置精度保持在0.1-0.15mm。該模型的成功制造，標(biāo)志著云馬廠在走向參與規(guī)劃建設(shè)目前世界上最大的、具有500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，簡稱FAST)的工作中邁出了重要一步。據(jù)悉，F(xiàn)AST是國家科教領(lǐng)導(dǎo)小組審議確定的國家九大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一，2007年7月10日，經(jīng)國家發(fā)改委正式批復(fù)FAST立項(xiàng)后進(jìn)入可行性研究階段。由中國科學(xué)院和貴州省人民政府共同建設(shè)。建設(shè)周期以開工報(bào)告通過之日起約5.5年。該項(xiàng)目擬采用我國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)的設(shè)計(jì)和我國貴州南部的喀斯特洼地的獨(dú)特地形條件，建設(shè)一個(gè)約30個(gè)足球場大的高靈敏度的巨型射電望遠(yuǎn)鏡。FAST建成后將成為世界上最大口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST與號稱“地面最大的機(jī)器”的德國波恩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、被評為人類20世紀(jì)十大工程之首的美國Arecibo 300米望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST將在未來20～30年保持世界一流設(shè)備的地位。FAST的設(shè)計(jì)技術(shù)方案除了在觀測中性氫線及其他厘米波段譜線，開展從宇宙起源到星際物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探討、對暗弱脈沖星及其他暗弱射電源的搜索、高效率開展對地外理性生命的搜索等6個(gè)方面實(shí)現(xiàn)科學(xué)和技術(shù)的重大突破外，還將作為一個(gè)多學(xué)科基礎(chǔ)研究平臺(tái)，有能力將中性氫觀測延伸至宇宙邊緣，觀測暗物質(zhì)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(yuǎn)鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)利用貴州喀斯特地區(qū)的洼坑作為望遠(yuǎn)鏡臺(tái)址，建造世界第一大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，其擁有30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場大的接收面積。FAST作為世界最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡，將在未來20至30年保持世界一流地位。全新的設(shè)計(jì)思路，加之得天獨(dú)厚的臺(tái)址優(yōu)勢，使其突破了望遠(yuǎn)鏡的百米工程極限，開創(chuàng)了建造巨型射電望遠(yuǎn)鏡的新模式。
FAST意義價(jià)值
具有中國獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FAST，是世界上正在建造及計(jì)劃中的口徑最大、最具威力的單天線射電望遠(yuǎn)鏡，其設(shè)計(jì)綜合體現(xiàn)了我國高技術(shù)創(chuàng)新能力。它將在基礎(chǔ)研究眾多領(lǐng)域，例如宇宙大尺度物理學(xué)、物質(zhì)深層次結(jié)構(gòu)和規(guī)律等方向提供發(fā)現(xiàn)和突破的機(jī)遇，也將在日地環(huán)境研究、國防建設(shè)和國家安全等方面發(fā)揮不可替代的作用。其建設(shè)將推動(dòng)眾多高科技領(lǐng)域的發(fā)展，提高原始創(chuàng)新能力、集成創(chuàng)新能力和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新能力。它的建設(shè)與運(yùn)行將促進(jìn)西部經(jīng)濟(jì)的繁榮和社會(huì)進(jìn)步，符合國家區(qū)域發(fā)展總體戰(zhàn)略。FAST的天線口徑為500米，將是國際上最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡，與號稱“地面最大的機(jī)器”德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，其靈敏度提高約10倍。如果天體在宇宙空間均勻分布，F(xiàn)AST可觀測目標(biāo)的數(shù)目將增加約30倍。與美國Arecibo 300米望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST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(qū)，特別是限制聯(lián)網(wǎng)觀測能力。可以預(yù)測FAST將在未來20-30年保持世界一流設(shè)備的地位，并將吸引國內(nèi)外一流人才和前沿科研課題，成為國際天文學(xué)術(shù)交流中心。