FAST的“精准之美”

中国新闻来源:央视网 2016年09月26日 13:22 A-A+
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　　央视网消息：9月25日，贵州黔南布依族苗族自治州平塘县大窝凼洼地，500米口径球面射电望远镜FAST正式落成启用。FAST是具有我国自主知识产权的大科学装置，由中国科学家创新设计、研发制造、组织施工，其设计和建设充分体现了我国的自主创新能力，也推动中国天文迈入前所未有的新高度。

　　千百年来，科学家们执着地追求着更大口径的射电望远镜，因为对于射电望远镜来说，口径的大小至关重要。望远镜的灵敏度，即探测暗弱天体的能力，与其口径的二次方成正比；而其可探测宇宙空间的体积，即大约可探测的天体数目，与其口径的三次方成正比。简言之，口径越大看得越远，能够探测到的天体数目越多。

　　但是作为具有世界一流水平的射电望远镜，仅仅拥有“大”是不够的，它还必须要足够地精准。宇宙中的射电信号极其微弱，FAST的设计目标是把覆盖30个足球场的信号，聚集在药片大小的空间里，在500米的结构中，反射面、索网、框架、接收器，每一部分的位移精度都要控制在毫米级，这是十分震撼的。

　　保证精准，关键在测控。“这么大的系统如果没有共同的时间基准、位置基准，是根本没有办法走到你想要的位置上。可能从外观上建成建不成看不到测控，但运行的好不好，能不能达到要求的指标，测控是关键。”FAST测控系统总工朱丽春说。作为FAST工程中唯一一名女总工，她一直用一个字来形容FAST，这个字就是“美”。

　　如果说“大”是FAST的“身”，那么“精准”就是FAST的“魂”。

　　FAST的两个重要组成部分是反射面和馈源舱，反射面由4450块反射面板单元组成，其中包括4273块基本类型和177块特殊类型，厚度约为1.3毫米，每一个单元的间隙偏差要求控制在1mm以内。近距离看这些反射面单元并不是封闭的，而是密布着5mm的孔洞。“布下这些孔洞，一是为了减少风负载；二是提高透光率，让反射面下能长草，避免水土流失。”FAST工程办公室主任张蜀新介绍。

　　在反射镜的上方，悬吊着的银色球体，它就是安放信号接收机的馈源舱，周边的六个支撑塔以及六根牵引着馈源舱的钢索，共同构成FAST的轻型索拖动馈源支撑系统。信号接收机，即“馈源”是用来接受宇宙信号的装置系统，馈源舱则是馈源的“家”。如果把FAST比作一只眼睛，那么馈源就相当于它的视网膜，所有宇宙信号经过反射面后最终都要汇集到这里。

　　FAST的一项创新就是球冠反射面可以在射电电源方向形成300米口径的瞬时抛物面，并使馈源处于焦点上。为了保证FAST能够精准地追踪到运动中的天体，重达30吨的馈源舱移动的精度要达到10毫米。

　　“如此大的尺寸要达到毫米级精度，而且要在约定的时间到达，这个是非常难的。”朱丽春说。

　　为解决这一难题，愈难愈进的科学家们串联了三级控制系统，第一级是运用钢索控制馈源仓位置，使精度达到48毫米。另外两级是馈源舱内的AB轴机构和6杆并联机器人，它们可以控制馈源接收机进行姿态和位置的调整，从而使馈源舱精确地达到反射面的焦点位置，将精度提高到10毫米以内。

　　目前，FAST采用的是高精度的激光测量系统，运用像“梅花桩”一样矗立在反射面之中的24个测量基墩与激光测量靶标，达到精准定位。“经过3年的测试，我们测量基墩的稳定性达到1毫米。”朱丽春说。

　　每一个数字都是科学家们用创新与智慧完成的一次飞跃，在今后的两年时间里，FAST将进入紧张的调试-试运行观测阶段，我们有理由相信，它将为中国天文，乃至世界天文开启一页新的篇章。

　　（文/孟利铮 图/中国科学院国家天文台FAST工程办公室）