互动问答

什么是500米口径球面射电望远镜?

一、相关背景

由于来自太空天体的无线电信号极其微弱,70年来所有射电望远镜收集的能量还翻不动一页书,为了获得更多来自宇宙的无线电信号,甚至能够阅读到宇宙边缘的信息,我们需要大口径的射电望远镜来实现这一目标。但是由于自重和风载引起形变的限制,传统全可动望远镜的最大口径只能做到100米。

借鉴国外大射电望远镜的经验,吸收当今世界上先进的望远镜技术。中国天文学家提出建造世界最大的单口径射电望远镜——500米口径球面射电天文望远镜(FAST)。和同类大口径射电望远镜相比,它的独到之处在于:①利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址;②洼坑内铺设数千块单元组成500米球冠状主动反射面,球冠反射面在射电电源方向形成300米口径瞬时抛物面,使望远镜接收机能与传统抛物面天线一样处在焦点上;③采用轻型索拖动机构和并联机器人,实现接收机的高精度定位。

全新的设计思路,加之得天独厚的台址优势,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。它拥有30个足球场大的接收面积,将是国际上最大的单口径望远镜。与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比,灵敏度提高约10倍;与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪10大工程之首的美国Arecibo 300米望远镜相比,其综合性能提高约10倍。作为世界最大的单口径望远镜,FAST将在未来20—30年保持世界一流设备的地位。

二、FAST工程的建设内容

FAST的建设包括以下六项主要建设内容。①台址勘察与开挖:勘察台址工程地质和水文地质条件,开挖清理洼地,使其满足望远镜建设的需要。②主动反射面:建设上万根钢索和数千个反射单元组成的球冠型索膜结构,口径~500米,球冠张角110-120°,变形抛物面的均方差为5毫米。③馈源支撑系统:建设公里尺度的钢索支撑体系,在馈源舱内安装并联机器人用于二级调整,最终调整定位精度为10毫米。④测量与控制:建设洼地中基准网和基准站,激光全站仪和近景测量系统,百米距离测量精度2毫米。采用现场总线技术实现数千点自动控制。⑤馈源与接收机:研制高性能的多波束馈源接收机,频率覆盖70MHz-3GHz。研制馈源、低噪声致冷放大器、宽频带数字中频传输设备、高稳定度的时钟和高精度的频率标准设备等。配置多用途数字天文终端设备。⑥观测基地建设:建立望远镜观测室、终端设备室、数据处理中心、各关键技术实验室、办公楼和综合服务体系等。

三、FAST工程的历程与现状

FAST工程的预研究历时13年,由中国科学院国家天文台主持,全国20余所大学和研究所的百余位科技骨干参加了此项工作。FAST台址最终选定贵州省黔南州平塘县大窝凼洼地。

2007年7月10日,FAST项目正式立项。2011年3月25日,FAST工程正式开工建设,工期5.5年。

FAST工程自正式开工建设以来,各系统陆续进入实施阶段。首先是台址勘察与开挖系统,在参建各方的共同努力下,目前台址开挖工程已基本完成。

与此同时,各工艺系统也在积极开展优化工作,邀请国内外优秀的专家学者交流访问,组织多次专家评审会和研讨会,积极为工程施工设计提供技术输入。2011年11月,馈源支撑系统成为第一个进入工艺实施阶段的子系统。其他工艺系统在反射面单元、促动器、望远镜总控与基础测量、19波束接收机研制和电磁兼容保护等方面的优化设计研究工作也取得了阶段性成果,地锚、圈梁的施工建造工作也逐步进入实施阶段。为了FAST工程能够发挥更大的科学价值,科学部成员在恒星形成、脉冲星研究、星系中的星系介质等研究方向上也取得了一系列成果。

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