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中国天眼通过验收,背后都用到了哪些技术?

1月11日,有着“中国天眼”之称的500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST)顺利通过国家验收,正式开放运行,未来将着力确保装置高效、稳定、可靠运行,加强国内外开放共享。

自主研发的“中国天眼”都有哪些技术特点?

早在1994年,我国天文学家南仁东就提出了关于FAST的构想,历时22年建成。于2016年9月25日落成启用。FAST是由中国科学院国家天文台主导建设,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,相比著名的射电望远镜阿雷西博,综合性能是其十倍。

FAST坐落在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇大窝凼的喀斯特洼坑中,作为一项国家重大科技基础设施工程,FAST由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端及观测基地等几大部分构成。据悉,整个FAST系统具备了大、巧、强、精四大特点。

一个接近30块足球场大小的工程项目,实现起来颇为不易。而且在贵州这种地质和地貌都很复杂的岩溶洼地里,实现起来难度更大。因此,在工程项目的建设过程中,“索网结构”的出现,解决了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方面的问题,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。国内外均没有可借鉴的经验或资料作为参考,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。

“大”只是FAST的一方面,如何做到大且精?这就对研究人员们也是个不小的挑战,要知道,口径超过百米的射电望远镜,要做到高精度一直都是一个难题。而FAST在500米的尺度上测量角度精确到8角秒,10毫米的定位精度要求最高做到了3.8毫米。据介绍,科研人员根据索网节点坐标数据以及单元的安装尺寸要求,采用参数化设计方法,用机器代替人力,将反射面单元的不同归结为索网节点坐标值的不同,准确高效地给出每种单元的尺寸数据,当进行不同发射面单元设计时,仅需更改索网坐标值,即可快速得到全部发射面单元的三维模型和二维图纸。使得上百万件构件单块子单元的表面精度最终能够控制在1mm以上,为整个FAST系统的完整运行提供了良好的保证。

“中国天眼”探索宇宙深处的奥秘

FAST作为目前世界上最强大的射电望远镜,它的主要作用就是搜索接收宇宙中的无线电信号,它的灵敏度有多高呢?就好比你站在月球上打电话也无法逃脱天眼的监测。

到月球的距离并不是FAST得限制范围,理论上来说,FAST的搜索范围可扩展到人类目前可观测的宇宙范围,也就是达到了数百亿光年。只要是宇宙中存在的无线电信号,都有可能被天眼搜索接收到,通过它强大的功能,科学家可以搜寻到很多能够发够无线电信号的天体,比如中国天眼自2016年投入使用后,已经发现59颗段质的脉冲星候选体,其中有44颗已被确认为新发现的脉冲星。截至2019年8月28日,500米口径球面射电望远镜已发现132颗优质的脉冲星候选体,其中有93颗已被确认为新发现的脉冲星。

FAST具备了中国独立自主知识产权,体现了我国综合技术创新能力在不断提高,将在宇宙探索、航空航天等方向提供发现和突破的机遇,也将在日地环境研究、国防建设和国家安全等方面发挥不可替代的作用。目前,FAST已创下“世界最大的球面射电望远镜”吉尼斯纪录,未来,将会带着全人类进一步探索宇宙深处的奥秘。

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