世界最大口徑射電望遠鏡

世界最大口徑射電望遠鏡

500米口徑球面射電望遠鏡
世界最大口徑射電望遠鏡即中國建造世界上最大單口徑球面射電望遠鏡(簡稱FAST)。是由是國家科教領導小組審議确定的國家九大科技基礎設施之一,采用中國科學家獨創設計和我國貴州南部喀斯特窪地的獨特地形條件,建設一個約30個足球場大小的高靈敏度巨型射電望遠鏡。2016年7月,FAST竣工。
    中文名:世界最大口徑射電望遠鏡 外文名: 用途: 口徑:500米 大小:約30個足球場 工程總長:1700米 工程投資:7億元 建造周期:5年半 建造時間:2007年 投入時間:2016年9月底 建造國家:中國

建造進程

FAST工程是由中國科學院和貴州省人民政府共建的“十一五”國家重大科技基礎設施建設項目,是國家科教領導小組審議确定的國家九大科技基礎設施之一。

1995年,中國天文學家提出了在喀斯特窪地中建造500米口徑球面射電望遠鏡的設想,并選址于貴州省黔南州平塘縣的大窩凼窪地。FAST利用貴州天然的喀斯特窪坑作為台址,窪坑内創造性地鋪設4600塊單元組成500米球冠狀主動反射面,将首次采用輕型索拖動機構和并聯機器人,實現望遠鏡接收機的高精度定位。

2007年,世界最大口徑射電望遠鏡項目獲得了國家審批立項,成為中國九大科技基礎設施之一。

2008年12月26日,具有中國獨立自主知識産權的國家重大科技基礎設施—500米口徑球面射電望遠鏡工程奠基儀式在貴州省黔南州平塘縣一個名為“大窩凼”的窪地舉行。

2011年3月正式開工建設以來,各系統陸續進入實施階段。

2013年12月31日順利完成FAST項目鋼結構主動反射面的環形支撐圈梁工程合攏,标志着該項目工程工藝設備進入全面的建設階段。當日下午,整個環形支撐圈梁中最後一個廂梁被吊至環形支撐圈梁連接間,精準、穩妥地鑲嵌在圈梁的最後一節空位中。FAST工程中總長1700米、用鋼量近6000噸的鋼結構主動反射面環形支撐圈梁工程,經過7個月的緊張施工終于實現了合攏。主動反射面環形支撐圈梁是FAST工藝設備中最關鍵的一步,在整個工程中猶如人體的骨架,在天然的喀斯特窪坑中支撐着望遠鏡。其成功合攏,标志着FAST工程工藝設備将進入全面建設階段。下一步将進行反射面索網建設和主動反射面鋪設的工作。

2014年4月,已經有多個國家的天文學家提交了研究觀測計劃。7月17日,中國科學院發布消息說,國家重大科技基礎設施、由中國建造的世界最大的單口徑射電望遠鏡“500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)”開始實施望遠鏡反射面索網現場安裝。

預計将在2016年9月建成,并投入使用,屆時将向全世界開放。

建造優勢

FAST項目采用了中國科學家獨創的設計,同時也利用了貴州獨特喀斯特地形條件和極端安靜的電波環境。

500米口徑球面射電望遠鏡的台址位于貴州省黔南州平塘縣克度鎮綠水村的“大窩凼”窪地。“大窩凼”窪地是喀斯特地貌所獨有的一大片漏鬥天坑群,就像一個天然的巨碗,剛好盛起望遠鏡約20萬平方米的巨型反射面,建成後的望遠鏡将會填滿整個山谷。

石雅镠表示,“望遠鏡實質上就是一個大的天線,天線的口徑如果超過100米,原來的支撐結構一般都要垮塌,所以望遠鏡本身就要采取比較特殊的結構,這種特殊的結構就要依賴于窪地。”利用貴州南部獨特的天然喀斯特窪坑可大大降低望遠鏡工程造價。

喀斯特地質條件還可以保障雨水向地下滲透,而不會淤積在表面腐蝕和損壞望遠鏡。

大窩凼有極端甯靜的自然環境,由于無線電環境對射電望遠鏡影響極為重要,項目地址半徑5公裡之内必須保持甯靜和電磁環境不受幹擾。大窩凼附近沒有集鎮和工廠,在5公裡半徑之内沒有一個鄉鎮,25公裡半徑之内隻有一個縣城,這為大射電望遠鏡的建設提供了極端安靜的電波環境。

項目優勢

與号稱“地面最大的機器”的德國波恩100米口徑望遠鏡相比,它的靈敏度提高約10倍;與目前世界上最大單口徑射電望遠鏡——美國阿雷西博(Arecibo)305米口徑望遠鏡相比,其綜合性能提高約10倍。

技術創新

平塘FAST工程作為世界領先水平的射電工程,首先帶動了很多技術的發展。因為沒有人做過,所以沒有可借鑒的意義。工程建設中的材料、結構、光激電控制和測量等,都有引領和帶動作用,基本上沒有跟蹤和模防。目前,平塘FAST工程90%以上的材料都是我國自己研制的。如果要說有國際合作,那麼将是後期工程中的接收機方面,但這也僅僅是合作而已。因為平塘FAST工程,都是中國自主創新的科技基礎設施。

應用

建成後主要用于實現巡視宇宙中的中性氫、觀測脈沖星、主導國際VLBI網和搜尋星際通訊信号等科學目标的FAST工程,是目前世界上正在建造及計劃建造中口徑最大、最具威力的單天線射電望遠鏡。

價值

具有中國獨立自主知識産權的FAST建成後,其靈敏度、天區覆蓋面和測量精度将大大超越世界上已建成的射電望遠鏡,屆時将成為世界上口徑最大、最具威力的單口徑射電望遠鏡。FAST涵蓋的天文學内容豐富,從宇宙初始混濁、星系演化、恒星乃至太陽、行星與鄰近空間事件等的觀測研究,都有非常強的競争力,其中脈沖星探測、中性氫和奇異暗弱天體成像等課題蘊藏着巨大的發現機遇。作為一個多學科研究平台,拟回答的問題不僅是天文的,也是面對人類與自然的;它還将在日地環境研究、深空探測和國家安全等方面發揮重要作用;其建設将推動中國衆多高科技領域的發展。

科研地位

國家天文台副台長、主動反射面系統總指揮鄭曉年說,“FAST應該說是世界第一大的單口徑射電望遠鏡,從射電望遠鏡地位來說,如果建成的話,我們可以形象地說,它在射電望遠鏡中,可以做盟主。跟它可比的就是美國305米的阿雷西博(Arecibo)望遠鏡,是最大的單口望遠鏡。”

FAST建成後将成為世界上最大口徑的射電望遠鏡,FAST與号稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠鏡相比,靈敏度提高約10倍;與排在阿波羅登月之前、被評為人類20世紀十大工程之首的美國Arecibo300米望遠鏡相比,其綜合性能提高約10倍。

作為世界最大的單口徑望遠鏡,FAST将在未來20~30年保持世界一流設備的地位。這個球面射電天文望遠鏡建成後,平塘将成為世界級的天文觀測中心。該項目是國家科教領導小組審議确定的九大國家重大科技基礎設施項目之一,被列入國家“十一五”高技術産業發展項目,由中科院與貴州省攜手合作共建,項目總投資10億元,預計2016年竣工建成。

中國望遠鏡建設趕超世界

從1609年伽利略制作出第一架望遠鏡到射電望遠鏡誕生的300多年中,光學望遠鏡一直是天文觀測最重要的工具。不過受到可見光本身特性的局限,光學望遠鏡在宇宙更深處的觀測上是無能為力的。

誕生于20世紀30年代的射電望遠鏡與以接收可見光進行工作的光學望遠鏡不同,它依靠接收天體發出的無線電波來工作。由于無線電波可穿透宇宙中大量存在而光波又無法通過的星際塵埃介質,不太會受光照和氣候的影響,射電望遠鏡可以透過星際塵埃全天候、不間斷地工作。

當代先進射電望遠鏡有:以德意志聯邦共和國100米望遠鏡為代表的大﹑中型厘米波可跟蹤抛物面射電望遠鏡;以美國國立射電天文台﹑瑞典翁薩拉天文台和日本東京天文台的設備為代表的毫米波射電望遠鏡;以及擁有27個射電望遠鏡的美國甚大天線陣。

應用價值

FAST可把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣,将深空通訊數據下行速率提高100倍。其應用價值可以是為自主導航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘;診斷識别微弱的空間訊号,為國家安全服務;提供高分辨率和高效率的地面觀測;跟蹤探測日冕物質抛射事件,服務于太空天氣預報。

科學價值

FAST項目的科學意義非常重大。建望遠鏡是瞄準21世紀的科學前沿,尋找暗物質、暗能量。現在宇宙中有99%的質量和能量知道它的存在,但不知道它的特性是什麼。

能用一年時間發現約7000顆脈沖星,研究極端狀态下的物質結構與物理規律;有希望發現奇異星和誇克星物質;發現中子星——黑洞雙星,無需依賴模型精确測定黑洞質量;通過精确測定脈沖星到達時間來檢測引力波;作為最大的台站加入國際甚長基線網,為天體超精細結構成像;還可能發現高紅移的巨脈澤星系,實現銀河系外第一個甲醇超脈澤的觀測突破;用于搜尋識别可能的星際通訊信号,尋找地外文明等等。

天文發現

把中國空間測控能力由地球同步軌道延伸至太陽系外緣,将深空通訊數據下行速率提高100倍。脈沖星到達時間測量精度由目前的120納秒提高至30納秒,成為國際上最精确的脈沖星計時陣,為自主導航這一前瞻性研究制作脈沖星鐘。進行高分辨率微波巡視,以1Hz的分辨率診斷識别微弱的空間訊号,作為被動戰略雷達為國家安全服務。作為“子午工程”的非相幹散射雷達接收系統,提供高分辨率和高效率的地面觀測;跟蹤探測日冕物質抛射事件,服務于太空天氣預報。

有助解開宇宙起源之謎

FAST不僅讓中國的天文學家為之振奮,全世界的天文學家也在緊盯着它——寄希望于這個最大的“天眼”或許能找到外星人,并解開宇宙起源之謎。也有多個國家的天文學家提交了相關研究觀測計劃。

看一眼初始的宇宙、弄清宇宙結構的形成及演化至今的過程,在天文學家眼裡,大型射電望遠鏡是實現這一目标不可缺少的工具。

與世界上最大的單口徑射電望遠鏡——美國阿雷西博射電望遠鏡相比,FAST将為人類帶來更大的宇宙觀測空間。

尋找外星文明

天體之間的距離是非常遙遠的,人馬座的比鄰星是除太陽外離地球最近的一顆恒星,距離地球4.27光年,所以我們不可能發射一種能夠直接到達的探測器去探索它們。而現代電子技術、無線電通信、計算機技術的迅猛發展,為天文學家們搜尋地外文明提供了一種好辦法——利用射電波即無線電波尋找地外文明。

經濟發展

該項目落戶貴州,使貴州鋁廠、貴州振華集團、江南航天集團、貴州航空工業集團等企業和貴州科學院、貴州大學等科研院校有機會直接參與該項目建設。為貴陽市以全力支持國家超大型科學裝置建設為切入點謀求重大發展機遇、加速提升我市科技經濟水平,開辟了新渠道。對我市裝備制造業、鋁工業結構升級有重大意義。

一、加快提升鋁工業和裝備制造業的創新能力。

借助FAST設計和建設,實施“FAST關鍵材料及制品的研發及應用”項目,把我市開發的新型高強度鋁合金應用于大型科學裝置,助推國家科技支撐計劃項目《高性能鋁合金及其制造工藝技術開發》成果快速産業化和推廣應用,将大大加快貴州省系列化高性能鋁合金研發應用步伐,提升高性能鋁材料和結構、航空航天等高科技領域的深度開發能力,鍛煉、提高省、市科技人才隊伍素質。

二、加快本地鋁材料高新技術企業的成長和高性能高科技鋁産業鍊的形成。

實施“FAST關鍵材料及制品的研發及應用”項目,将對貴州省鋁材料工程技術研究中心的成長和升級起到強有力的推動作用,使其形成完整的“研發-中試-放大-産業化”中心線,進而加快貴陽市“鋁-高性能鋁合金(結構和功能材料)-軍工-航空航天-高科技-關聯産業”這一新型産業鍊的形成,解決長期以來限制貴州省鋁工業結構升級的重大瓶頸,推動關聯産業聚集和升級。

三、促進我市機電行業和三大軍工企業的技術進步和技術升級。

實施“FAST關鍵材料及制品的研發及應用”項目,将培育出多種以新型高強鋁合金為基體的标準輕強結構件、傳動件和連接件等,為機電行業和三大軍工企業實現低成本技術升級創造一次重大曆史機遇。

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