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核心提示：FAST的本体是由4000多块反射面板组成的半径500米球反射面，总面积约25万平方米，相当于30个足球场的大小。
7月3日，中科院国家天文台主持建设，位于贵州省平塘县大窝凼洼地的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜（Five hundred meter Aperture Spherical Telescope，简称FAST）完成最后一块反射面单元的吊装。根据建设规划，FAST将在2016年9月全部建成并初步投入使用，届时，FAST成为世界上现役的口径最大、最具威力的单天线射电望远镜。
著名科幻作家刘慈欣，也出席了竣工仪式。
FAST的本体是由4000多块反射面板组成的半径500米球反射面，总面积约25万平方米，相当于30个足球场的大小。
运用：FAST拥有重要的应用价值
1. 把中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘，将深空通讯数据下行速率提高100倍。脉冲星到达时间测量精度由2008年为止已有的120纳秒提高至30纳秒，成为国际上最精确的脉冲星计时阵，为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟。
FAST作为一个多学科基础研究平台，有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘，观测暗物质和暗能量，寻找第一代天体。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；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。
2. 进行高分辨率微波巡视，以1Hz的分辨率诊断识别微弱的空间讯号，作为被动战略雷达为国家安全服务。作为“子午工程”的非相干散射雷达接收系统，提供高分辨率和高效率的地面观测；跟踪探测日冕物质抛射事件，服务于太空天气预报。
3. FAST研究涉及了众多高科技领域，如天线制造、高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理、超宽带信息传输、海量数据存储与处理等。FAST关键技术成果可应用于诸多相关领域，如大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量、大型工业机器人研制以及多波束雷达装置等。FAST的建设经验将对中国制造技术向信息化、极限化和绿色化的方向发展产生影响。
4. FAST建在贵州，将会对中国西南贫困山区的经济发展和社会繁荣产生不可估量的影响，为国家西部开发战略贡献力量。
FAST施工现场
意义：开创建造巨型射电望远镜的新模式
这个位于贵州省黔南州平塘县大窝凼洼地的500米口径球面射电望远镜(FAST)去年7月17日开工建设，它突破了以往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。
FAST是世界在建的最大射电望远镜，借助天然圆形溶岩坑建造。FAST的反射镜边框是1500米长的环形钢梁，而钢索则依托钢梁，悬垂交错，呈现出球形网状结构。
FAST建造过程中
索网结构是FAST主动反射面的主要支撑结构，是反射面主动变位工作的关键点。索网制造与安装工程也是500米口径球面射电望远镜工程的主要技术难点之一，其关键技术问题主要包括：超大跨度索网安装方案设计、超高疲劳性能钢索结构研制、超高精度索结构制造工艺等。而索网工程的顺利完成，意味着FAST工程已经在上述关键技术难点方面实现实质性突破。
FAST建造过程中
FAST索网结构直径500米，采用短程线网格划分，并采用间断设计方式，即主索之间通过节点断开。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，主索索段控制精度须达到1毫米以内，主索节点的位置精度须达到5毫米，索构件疲劳强度不得低于500MPa。整个索网共6670根主索、2225个主索节点及相同数量的下拉索。索网总重量约为1300余吨，主索截面一共有16种规格，截面积介于280—1319平方毫米之间。由于场地条件限制，全部索结构须在高空中进行拼装。
施工安装现场
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，利用促动器控制下拉索，在500米口径反射面的不同区域形成直径为300米的抛物面，以实现天体观测。
FAST索网是世界上跨度最大、精度最高的索网结构，也是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系。其技术难度不言而喻，需要攻克的技术难题贯穿索网的设计、制造及安装全过程。仅以高应力幅钢索研制为例，FAST工程对拉索疲劳性能的要求相当于规范规定值的2倍，国内外均没有可借鉴的经验或资料作为参考。其研制工作经历了反复的“失败—认识—修改—完善”过程，最终历时一年半时间才完成技术攻关。所取得的成果已经在国际专家评审会上得到国外专家组的认可，成功在FAST工程上得到应用。随着索网诸多技术难题的不断攻克，形成了12项自主创新性的专利成果，其中发明专利7项，这些成果对我国索结构工程水平起到了巨大的提升作用，也将应用到国民经济的其他领域。
建成后俯瞰FAST效果图
疑问：中国那么大，为啥要在贵州山洼洼选址？
打开卫星地图，贵州平塘县的地貌好似布满褶皱的大象皮肤。再提高分辨率，就能看到大大小小的“漏斗”——“天坑”群。其中有一个就是科学家寻觅十载为这个最大望远镜找的“家”。
1995年底，射电“大望远镜”中国推进委员会，提出了利用贵州喀斯特洼地建造球反射面的“喀斯特工程”概念。此后，科学家们在当地居民的帮助下，跋山涉水勘察选址。经过反复筛选，最终在平塘县克度镇找到了“大窝凼”——最适合硕大“天眼”的深深的“眼窝”。
之所以选址“大窝凼”有三方面原因，一是地貌最接近FAST的造型，工程开挖量最小;二是这里的喀斯特地质可以保障雨水向地下渗透，不会在表面淤积而损坏和腐蚀望远镜;三是射电望远镜需要一处“静土”，“大窝凼”附近5千米半径之内没有一个乡镇，无线电环境理想。
科普：FAST能看多远？有多强？能看到外星人吗？
1万余吨钢材 2000吨铝合金。无论是置身大射电望远镜边上，爬上附近山顶的观景台，还是通过虚拟现实视频，你都能直观感受它的第一特点——大。中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜工程总工艺师王启明说，仅圈梁、索网和支撑馈源舱的6座高塔就用掉1万多吨钢材。 “望远镜反射面总面积为25万平方米，相当于30个标准足球场那么大。尽管反射面板才1毫米厚，也用掉2000多吨铝合金。”
无刚性连接可以，毫米级指向跟踪。大射电望远镜绝不是金属堆砌的“傻大粗”，它是最精密的天文仪器。由于采用光机电一体化的馈源平台，加之馈源舱内的并联机器人二次调整，它在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下，可实现毫米级指向跟踪，确保精确地聚集和监听宇宙中微弱的射电信号。
2、“观天巨眼”能看多远？
射电，是比红外线频率更低的电磁波段。射电望远镜，跟接收卫星信号的天线锅类似，通过“锅”的反射聚焦，把几平方米到几千平方米的信号聚拢到一点上。
半个多世纪以来，所有射电望远镜收集的能量尚翻不动一页纸。
要想获得更远、更微弱的射电，“阅读”到宇宙深处的信息，就需要更大口径的射电望远镜。简言之，就是“锅”越大，星际穿越的距离就越远。
专家指出，与德国波恩100米口径望远镜相比，FAST灵敏度提高约10倍。这意味着，远在百亿光年外的射电信号，FAST也有可能“捕捉”到。
3、中国大射电望远镜强在哪？
据介绍，FAST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。它将在未来10至20年保持世界一流设备的地位。
中科院国家天文台副台长郑晓年表示，FAST建成可能搜寻到更多的奇异天体，用来观测脉冲星，探索宇宙起源和演化、星系与银河系的演化等，甚至可以搜索星际通讯信号，开展对地外文明的探索。
中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜工程总工艺师王启明说，这个大科学工程推动了多领域装备制造能力的提升：主动反射面的索网具备高弹性、抗拉伸、抗疲劳特征，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考验。
中国科学院国家天文台研究员、500米口径球面射电望远镜工程副经理彭勃说，大射电望远镜的索网结构可以随着天体的移动变化，带动索网上的4450个反射面单元，在射电电源方向形成300米口径瞬时抛物面，极大提升观测效率。
阿雷西博望远镜是固定望远镜，只能扫描天空中的一个约20度的带状区域。而中国大射电望远镜能覆盖40度的天顶角。
中国科学院国家天文台副台长郑晓年说，100米口径的德国波恩望远镜曾号称“地面最大的机器”，中国大射电望远镜与它相比，灵敏度提高约10倍。300米口径的美国阿雷西博望远镜，50多年一直无人超越，中国大射电望远镜跟它相比，综合性能提高约10倍。
4、能否看到“外星人”?
FAST那么灵敏，它能接收到遥远的世界里发过来的极其微弱的“外星人”的信号，甚至找到“外星人”?
中国天文学会会员、天津市天文学会理事史志成表示，FAST是我国具有自主知识产权的科学设备，对国际同类设备将保持20年以上领先水平。它将探测宇宙中遥远的信号、物质，例如电磁波、微波、激光、宇宙中的各种气体、有机物、星际物质、恒星等的辐射信息。
它将对脉冲星、类星体等各种暗弱辐射源进行更精密观测，对它们的物质结构、产生机制进行深入探索，有望对认识宇宙起源与演化过程作出贡献。“宇宙中的生命体或高智商‘外星人’若存在，他们的产生、遗留之信息，若存在于浩瀚天宇中，也有可能被FAST探测并接收到。”
对于宇宙的探索，我们在科技的帮助下，正在不断前行。外星文明一直是人们关注的话题，射电“大望远镜”或许真的可以发现他们的身影。
背景：当初基于什么考虑要建这样的观天巨眼？
此前，世界上最灵敏的射电望远镜，分别是德国波恩100米望远镜和美国阿雷西博300米望远镜。前者是可以移动“摇头”的，后者则借助波多黎各岛上的喀斯特洼坑建造。
1993年国际无线电联大会上，包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”的倡议，渴望在电波环境彻底毁坏前，回溯原初宇宙，解答天文学中的众多难题。
1995年底，北京天文台联合国内20余所大学和研究所，成立了射电“大望远镜”中国推进委员会，提出了利用贵州喀斯特洼地建造球反射面，即“阿雷西博型天线阵”的喀斯特工程概念。
此后，中国科学家们进一步推进喀斯特概念，提出独立研制一台新型的喀斯特单元，即500米口径球面射电望远镜。
为了给新一代射电“大望远镜”安家，科学家们通过卫星遥感把贵州喀斯特山区翻了个遍。彭勃回忆说，当时天文台委托两家院所进行独立搜寻，从300多个候选洼坑中遴选。结果，位于黔南州平塘县的大窝凼两次都获最高分。
贵州天然喀斯特洼坑提供的条件，始终都是中国大射电望远镜最独到、成为世界最大最强的基础。
“造世界第一大口径射电望远镜，是南仁东老师和几位前辈的梦。”彭勃说，因此即使建造之初遇到经费紧张，但不管减什么科学家们都不愿缩小望远镜的口径。（稿件综合新华社、观察者网、新蓝网等报道）
责任编辑：李书苗
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