坐落在貴州省黔南州平塘縣克度鎮(zhèn)的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）已經(jīng)落成啟用近3年時(shí)間了。截止到7月19日，這個(gè)世界上最大的射電望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了125顆優(yōu)質(zhì)脈沖星候選體，確認(rèn)了86顆。這標(biāo)志著還處在設(shè)備調(diào)試階段（今年將正式進(jìn)行國(guó)家驗(yàn)收）的FAST已經(jīng)部分實(shí)現(xiàn)了其科學(xué)目標(biāo)，能真正的作為一個(gè)實(shí)用的望遠(yuǎn)鏡而腳踏實(shí)地地開展天文觀測(cè)工作了。
完成工程建設(shè)后的FAST，便進(jìn)入了望遠(yuǎn)鏡本身的調(diào)試階段。FAST總工程師、國(guó)家天文臺(tái)研究員姜鵬說：FAST調(diào)試難度大，調(diào)試工作涉及測(cè)量、控制、力學(xué)、電子學(xué)、天文等多學(xué)科領(lǐng)域，具有極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。同時(shí)，F(xiàn)AST工作模式顯著區(qū)別于傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡，沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可供參考。
當(dāng)然，令人高興的是，F(xiàn)AST望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了跟蹤、漂移掃描、運(yùn)動(dòng)中掃描等多種的天文觀測(cè)模式，有數(shù)項(xiàng)的關(guān)鍵指標(biāo)超過了預(yù)期。
這曾是一代天文學(xué)人的夢(mèng)想。
1993年，在國(guó)際無線電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)上，中國(guó)等10個(gè)國(guó)家的天文學(xué)家提出應(yīng)建造新一代射電“大望遠(yuǎn)鏡”。他們期望，在電波環(huán)境被徹底破壞之前，真正看一眼初始的宇宙，弄清宇宙結(jié)構(gòu)是如何形成和演化至今的。
建造FAST的動(dòng)機(jī)始于此。
1994年底，北京天文臺(tái)（現(xiàn)國(guó)家天文臺(tái)）牽頭國(guó)內(nèi)20所院校，提出建設(shè)“喀斯特工程”。他們從中國(guó)西南無數(shù)個(gè)喀斯特地貌的凹坑中，選中了貴州省平塘縣的大窩凼。2011年3月，這個(gè)工程（即FAST）正式開工建設(shè)。
射電望遠(yuǎn)鏡同光學(xué)望遠(yuǎn)鏡一樣，口徑越大接收到的電磁波越多，其靈敏度就越高，探測(cè)能力就越強(qiáng)。
FAST望遠(yuǎn)鏡，是把覆蓋30個(gè)足球場(chǎng)的信號(hào)，聚集在藥片大小的空間里。借此，F(xiàn)AST能夠監(jiān)聽到宇宙中微弱的射電信號(hào)。要達(dá)到這一目標(biāo)，500米口徑的結(jié)構(gòu)，必須實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的精度，這是之前的天文學(xué)家從未做過的。
回顧建設(shè)歷史，姜鵬在接受科技日?qǐng)?bào)記者獨(dú)家專訪時(shí)說，在建設(shè)過程中，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)逢山開路，遇水搭橋，完全是“摸著石頭過河”。“因?yàn)槲覀円黄粕潆娡h(yuǎn)鏡的百米口徑極限，開創(chuàng)建造巨型射電望遠(yuǎn)鏡的新模式。它所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)極多。”
科研人員要在大窩凼這個(gè)凹坑內(nèi)鋪設(shè)4000多塊單元組成的500米球冠狀的主動(dòng)反射面，球冠的反射面在射電源方向要形成300米口徑的瞬時(shí)拋物面；使望遠(yuǎn)鏡接收機(jī)能與傳統(tǒng)拋物面天線一樣處在焦點(diǎn)上，要采用輕型索拖動(dòng)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的高精度定位。
FAST靠拉扯索網(wǎng)來調(diào)整“天線”（大鍋）。整個(gè)索網(wǎng)聯(lián)系著邊框以及2000多個(gè)凹坑地表面上的促動(dòng)器。這些電機(jī)協(xié)同配合，一致行動(dòng)，控制著索網(wǎng)的形狀。而整個(gè)變形（調(diào)整天線）過程，是由激光定位系統(tǒng)校準(zhǔn)的。
高懸在大鍋上方的一個(gè)類似于神舟飛船大小的饋源艙（信號(hào)接收單元），重達(dá)30噸，內(nèi)設(shè)世界上最精貴的接收器。它被6條400多米的鋼索吊起，移動(dòng)范圍達(dá)200米，隨時(shí)接收相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)的大鍋傳來的信號(hào)。
“框架、索網(wǎng)、接收器，每一部分的位移都要控制在毫米級(jí)，F(xiàn)AST才能正常工作。”姜鵬說，F(xiàn)AST僅反射面就需要2000多臺(tái)促動(dòng)器協(xié)同控制，而且索網(wǎng)把所有促動(dòng)器都連成了一個(gè)整體，可以說是“牽一發(fā)動(dòng)全身”。
令姜鵬感到欣慰的是，經(jīng)過兩年多的緊張調(diào)試，F(xiàn)AST的數(shù)項(xiàng)性能指標(biāo)超過預(yù)期，在靈敏度、系統(tǒng)噪音、指向精度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)家驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。“可以說，調(diào)試后的FAST是當(dāng)之無愧的世界上最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，可以幫助人類了解更遙遠(yuǎn)、更早期的宇宙。”
2017年10月10日，國(guó)家天文臺(tái)在北京宣布，F(xiàn)AST望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了6顆新的脈沖星。這是國(guó)際上利用中國(guó)制造的望遠(yuǎn)鏡首次發(fā)現(xiàn)脈沖星，由此開啟了中國(guó)射電波段大科學(xué)裝置系統(tǒng)產(chǎn)生原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代。
目前，F(xiàn)AST已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的脈沖星候選體超過百顆。FAST工程首席科學(xué)家、國(guó)家天文臺(tái)研究員李菂說：“2018年2月，F(xiàn)AST探測(cè)到有史以來最暗弱的毫秒脈沖星之一，這顆脈沖星是其他國(guó)家很多望遠(yuǎn)鏡看了多次卻都沒有看到的。這充分證明了FAST在靈敏度方面的優(yōu)勢(shì)。”
FAST的研制和建設(shè)，體現(xiàn)了我國(guó)自主創(chuàng)新能力，還將推動(dòng)我國(guó)在天線制造技術(shù)、微波電子技術(shù)、并聯(lián)機(jī)器人、大尺度結(jié)構(gòu)工程、公里范圍高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量等眾多高科技領(lǐng)域的發(fā)展。
