世界最大球面射电望远镜 (中国“天眼”)

世界最大球面射电望远镜(英文简称FAST),又被形象的称作中国“天眼”,这具望远镜是国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一,采用我国科学家独创的设计和我国贵州南部的喀斯特洼地的独特地形条件,建设一个约30个足球场大的高灵敏度的巨型射电望远镜。预计2016年9月建成。2015年11月,中国“天眼”核心部件馈源舱起舱,这标志国家天文台FAST工程已接近尾声。2016年7月3日,位于贵州黔南州平塘县大窝凼的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)的最后一块反射面单元成功吊装,这标志着FAST主体工程顺利完工。2016年9月25日,习近平总书记向我国500米口径球面射电望远镜落成启用致贺信。

  • 中文名称:世界最大球面射电望远镜
  • 英文全称:Five hundred meters Aperture Spherical Telescope
  • 英文简称:FAST
  • 又称:中国“天眼”
  • 地址:贵州省黔南州平塘县的大窝凼洼地

1项目简介

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FAST核心部件馈源舱起舱FAST核心部件馈源舱起舱

世界最大球面射电望远镜(英文简称FAST),又被形象的称作中国“天眼”,位于贵州黔南州平塘县的大窝凼洼地。

“天眼”的“眼眶”是一圈钢铁结成的圈梁,登上圈梁往下看,巨大的天坑里,星罗棋布地排列着一个个“网结”。FAST的圈梁被50根6米到50米高低不等的钢柱支在半空,周长约1.6公里。FAST口径有500米,组成的球形反射面相当于30个足球场大小。

中国“天眼” 建成后,与号称“地面最大的机器”德国埃菲尔斯伯格100米口径望远镜相比,其灵敏度能提高约10倍;与被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米口径射电望远镜相比,“天眼”的灵敏度是其2.25倍。

FAST工程由中科院国家天文台主持,全国20余所大学和研究所的百余位科技骨干参加此项工作。2007年7月FAST项目正式立项。2011年3月25日,FAST工程正式开工建设。世界最大球面射电望远镜将于2016年9月25日竣工。

2习近平总书记致贺信

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习近平致我国500米口径球面射电望远镜落成启用的贺信 

值此500米口径球面射电望远镜落成启用之际,我向参加研制和建设的广大科技工作者、工程技术人员、建设者,表示热烈的祝贺和诚挚的问候! 

浩瀚星空,广袤苍穹,自古以来寄托着人类的科学憧憬。天文学是孕育重大原创发现的前沿科学,也是推动科技进步和创新的战略制高点。500米口径球面射电望远镜被誉为“中国天眼”,是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。它的落成启用,对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。 

希望你们再接再厉,发扬开拓进取、勇攀高峰的精神,弘扬团结奋进、协同攻关的作风,高水平管理和运行好这一重大科学基础设施,早出成果、多出成果,出好成果、出大成果,努力为建设创新型国家、建设世界科技强国作出新的更大的贡献。 

习近平 

2016年9月25日(完)

3项目选址

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1995年,我国天文学家提出了在喀斯特洼地中建造500米口径球面射电望远镜的设想,并选址于贵州省黔南州平塘县的大窝凼洼地。

望远镜项目的选址工作早在1994年就开始了。中国科学院国家天文台的南仁东教授提出利用喀斯特洼地作为望远镜台址,开始了为期10余年的预研究。郭正兴教授授领衔的团队2011年参与到了这个项目中。他解释说,选址贵州喀斯特地貌是因为那里有很多天然形成的天坑,刚好适合“锅”状的望远镜。山区人烟稀少,也不受射频信号的干扰。四面环山的地形形成了天然的反射面,屏蔽了众多人为信号的干扰。

4“天眼”视野

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据专家介绍,哪怕是远在百亿光年外的射电信号,中国“天眼”也有可能捕捉到,还可能发现高红移的巨脉泽星系,实现银河系外第一个甲醇超脉泽的观测突破;用于搜寻识别可能的星际通讯信号,寻找地外文明等等。

5“天眼”能力

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FAST望远镜建造过程中的图景FAST望远镜建造过程中的图景    

国家天文台FAST工程技术人员介绍说,探听地球之外的音讯,“天眼”的能力和其大小息息相关。简单来说,眼睛越大,看得越远。尤其特殊的是,这只“天眼”并非“死眼”, FAST的索网结构可以随着天体的移动自动变化,带动索网上活动的4450个反射面板产生变化,足以观测到更大天区的天体,同时,馈源舱也随索网一同运动,采集天体发射的无线电波。如同人类转动自己的眼珠,调整视线的指向,遥远的太空对它来说将不存在方向上的死角。

国家天文台副台长、FAST工程常务副总指挥郑晓年强调,“天眼”建成后,将有能力巡视宇宙中的中性氢、探测星际分子、观测脉冲星、搜寻星际通讯信号。FAST作为一个多学科基础研究平台,能用一年时间发现约7000颗脉冲星,研究极端状态下的物质结构与物理规律;有希望发现奇异星和夸克星物质;发现中子星——黑洞双星,无需依赖模型精确测定黑洞质量;通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波;作为最大的台站加入国际甚长基线网,为天体超精细结构成像。

6进展情况

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正式立项

2007年7月FAST项目正式立项。

开工建设

工作人员正在安装望远镜反射片龙骨工作人员正在安装望远镜反射片龙骨

2011年3月25日,FAST工程正式开工建设。

2014年4月,世界上最大的球面射电望远镜在贵州施工建设,现场就像在打造一口超级大锅。这口直径500米的“锅”已经勾勒出了“锅边”,并开始搭建六座白米高的支撑塔,然后就会在“锅面”上铺设铝面板,最终形成一个超大的射电望远镜。

正式安装

2014年7月17日,中国科学院发布消息说,国家重大科技基础设施、由我国建造的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)”开始实施望远镜反射面索网现场安装。

据介绍,FAST索网结构的一些关键指标远高于国内外相关领域的规范要求。例如,主索索长控制精度须达到1毫米以内,主索节点的位置精度须达到5毫米等。同时,索网采取主动变位的独特工作方式,即根据观测天体的方位,能在500米口径反射面的不同区域可以形成直径为300米的抛物面。

工作人员在安装反射面面板(FAST局部)

升舱试验

2015年11月,位于贵州平塘的中国“天眼”核心部件馈源舱起舱,这标志国家天文台FAST工程已接近尾声。国家天文台FAST工程副总工艺师孙才红介绍说,FAST望远镜馈源支撑系统的首次升舱试验,是FAST工程的又一个重要里程碑,标志着FAST工程馈源支撑系统正式进入六索带载联调阶段。

安装进展

截至201638日,正在贵州省平塘县建设的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST),已完成3492块反射面面板安装,完成比例达78.47%。据悉,FAST的反射面总面积约25万平方米,用于汇聚无线电波、供馈源接收机接收,预计于20164月安装完毕。

2016610日,在贵州省平塘县拍摄的500米口径球面射电望远镜,其主体工程反射板即将安装完毕,目前工程技术人员正在对500米口径的四周进行部件材料精准安装。

据介绍,平塘500米口径球面射电望远镜系统工程将于830日前完成,目前除了射电望远镜核心区域各施工单在抓紧作业外,众多配套设施,如:观景台、201673日,位于贵州黔南州平塘县大窝凼的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)的最后一块反射面单元成功吊装,这标志着FAST主体工程顺利完工。这只“观天巨眼”预计于20169月全部竣工,开始探索宇宙深处的奥秘。

201673日,位于贵州黔南州平塘县大窝凼的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)的最后一块反射面单元成功吊装,这标志着FAST主体工程顺利完工。这只“观天巨眼”预计于20169月全部竣工,开始探索宇宙深处的奥秘。

7中国创造

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被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜,是具有我国自主知识产权、最灵敏的射电望远镜。它的落成启用,对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。

上世纪90年代,科学家们期望,在电波环境彻底被破坏之前,真正看一眼初始的宇宙,弄清宇宙结构的形成演化,推动相关科学研究的突破,只有大射电望远镜才能帮助人类实现这一梦想。

在这一背景下,中国天文学家1994年提出利用贵州的喀斯特洼地建造大射电望远镜,形成了中国“天眼”的最初设想。

从预研究到建成历时22,我国老中青三代科技工作者克服了关键技术无先例可循、关键材料急需攻关、核心技术遭遇封锁等困难,在射电望远镜口径、灵敏度、分辨率、巡星速度等关键指标上全面超越国际先进水平。

“20多年前的国家实力和工业技术很难支撑这么大的望远镜项目。今天我们不仅做到世界第一大口径,独创主动反射面技术,还推动了天线制造、微波电子、并联机器人、大跨度结构等相关技术的发展。”从预研究就开始参与这一工程的500米口径球面射电望远镜工程副经理彭勃说。

20108,在“天眼”工程开工前夕,团队接到哈尔滨工业大学传来消息,前期做的所有索网实验全都失败了。“国内顶级的应用于斜拉桥上的钢索,标准强度是200兆帕、抗200万次弯曲,用在‘天眼’实验上都断了。”馈源支撑系统总工程师孙才红说,按设计要求,‘天眼’需要强度为500兆帕、抗200万次弯曲的钢索,这意味着把材料工艺提高到国标的2.5倍。

当时负责索网疲劳问题的是刚到天文台工作不久的博士生姜鹏,他立下“军令状”,经过一年半的艰苦技术攻关,完成了索网变位策略优化及疲劳性能评估工作,降低了索网的变位应力幅,与柳州欧维姆机械股份有限公司合作研制,最终生产出满足要求的钢索。

美国阿雷西博望远镜的馈源平台重达1000,几乎等于用固定轨道把平台架设在半空,这样的设计有利于馈源的定位,却缩小了观测角度。

国家天文台副台长郑晓年说,中国“天眼”采取了轻型索支撑馈源平台方案,把馈源舱减重到30,覆盖天顶角是美国望远镜的两倍,并通过并联机器人二级调整,最终在降低建造成本的同时,实现毫米级高精度定位。

但可变形的反射面和可牵引运动的馈源舱又带来新问题,“天眼”信号传输用的光缆要能在5年内抗6.6万次拉伸、信号衰减小于0.1dB,而国家标准仅为1000次、0.2dB,国外相关技术被封锁。

馈源支撑系统副总工程师潘高峰说,参与研制光缆的是烽火通信科技股份有限公司和北京邮电大学林中教授团队。当时烽火通信的生产线全部饱和,一条生产线每天产能40千米,每次为生产200米的试验光缆,来回调整配方工艺要耽误两天。光缆试验一次周期长达数月,林中教授不仅为设计提供大量技术研究,为确保试验周期不中断,除夕夜还坚持去实验室记录试验数据。

经过多次试验,花费4年时间,最终用在‘天眼’上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考验,满足了设计需求,但项目预算的研制经费只有300万元。”500米口径球面射电望远镜工程总工艺师王启明说,还有很多参建企业和科研单位,都首先从社会责任出发支持大科学工程,把经济效益放在其次。

天眼”工程是一套复杂的系统工程,除了反射面、馈源舱和接收机等核心系统,还包括庞杂的综合布线工程和数据处理系统。“高灵敏度”、“更多来自宇宙的讯息”也意味着海量数据存储和复杂的计算要求。

中国“天眼”作为射电天文学界的重要突破,其对数据存储与计算的需要同样也是“天文级”的。短期内“天眼”的计算性能需求至少需达到每秒200万亿次以上,存储容量需求达到10PB以上。而随着时间推移和科学任务的深入,其对计算性能和存储容量的需求将爆炸式增长。

由曙光公司打造的超算中心的接入,就像是给“天眼”连接上了计算“大脑”,将其探测到的未知信息处理成人类可解读的内容。

据曙光公司总裁历军透露,超算系统全部建成后,将以更高效能的数据存储、分发、计算和分析全力支撑“天眼”高灵敏度、高性能的天文观测。

中科院国家天文台台长严俊说,中国“天眼”的研制和建设,体现了我国自主创新能力,由最初不到5人的研究小组发展到上百人的团队,工程建设凝聚了国内100多家单位的力量,实现了我国大科学工程由跟踪模仿到集成创新的跨越,将为我国射电天文多个研究领域和自然科学相关领域提供重大发现的机会。

8首次发现脉冲星

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2017年10月10日,中科院国家天文台宣布,“中国天眼”发现2颗新脉冲星,距离地球分别约4100光年和1.6万光年。这是我国射电望远镜首次发现脉冲星,距“天眼之父”南仁东病逝不到1个月。“中国天眼”有望开启中国射电天文学10年至20年“黄金期”。

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世界最大球面射电望远镜 图册
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  • 更新时间:2017-10-10
  • 创建者:shichengran
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