从空中俯瞰500米口径球面射电望远镜馈源舱吊装

全球最大单口径射电望远镜关键设备吊装成功，明年“睁眼”探宇宙

　　本报贵阳11月21日专电 （特派记者 许琦敏）今天上午11时，世界最大单口径球面射电望远镜——500米口径球面射电望远镜（FAST）馈源舱吊装成功。这标志着FAST工程馈源支撑系统正式进入六索带载联调阶段，也标志着作为我国重大科技基础设施之一的FAST望远镜，完成了“点睛之笔”。预计到明年9月，该项目将全部完工。

　　今天上午10点58分，直径13米、高7米、重30吨的馈源舱，在6根长达600米的柔韧钢索的牵引下，从位于FAST底部的舱停靠平台上缓缓升起，以每分钟6米的速度缓缓上升。11点08分，馈源舱升至距谷底108米处，才悬停下来。

　　馈源舱是FAST中最关键的设备，整个望远镜所有接收到的无线电波，都要反射到位于馈源舱内的馈源，最终通过舱内仪器处理之后，将信号通过可自动伸缩的光缆，传递到中央控制室。所以，馈源舱必须时刻处在主动反射面所形成的瞬时抛物面的焦点位置。由于FAST“身躯”超大，因此在形成抛物面、跟踪天体的过程中，必须移动馈源舱，来实现这一目的。

　　然而，用6根绳索同时控制一个物体，使其即使在风吹雨淋时，也能四平八稳地在空中移动，而且移动精度要达到毫米级，是一个世界级难题。经过15年潜心研究，FAST工程的科学家与企业合作，在这一领域做到了“世界第一”：他们开发出一整套FAST馈源支撑系统，主要包括支撑塔、索驱动、馈源舱、舱停靠平台。依靠这套系统，可以使馈源舱在空中不会上下、左右、前后摇摆或扭动，同时能精确移动到指定地点，误差仅为48毫米。

　　“这次我们吊装的还不是真正的馈源舱，而是它的代用舱。”中科院国家天文台研究员、FAST工程馈源支撑系统总工程师朱文白介绍，因为此次吊装需要验证许多参数，因此舱内搭载仪器会与正式舱不同。正式舱内会搭载有6杆并联机器人，将使馈源舱的定位精度提高到10毫米。

　　在经历了前期十几年的预研与立项，FAST工程开始于2011年3月25日，预计于2016年9月完工。它建成后将成为世界上最大口径的射电望远镜，其面积相当于30个足球场，体积足以放下8个“鸟巢”体育场。

　　射电望远镜口径越大，灵敏度越高。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；与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博305米望远镜相比，其综合性能提高约2.25倍。FAST的观测频率为70兆赫到3G赫兹，作为世界最大的单口径望远镜，FAST将在未来10年至20年保持世界一流设备的地位。

　　FAST投入使用后，作为一个多学科基础研究平台，可观测的天体数目将大幅度增加。它将巡视宇宙中的中性氢，研究宇宙大尺度物理学，以探索宇宙起源和演化；它将观测数千颗脉冲星，研究极端状态下的物质结构与物理规律；它还将主导国际低频甚长基线干涉测量网（VLBI），获得天体超精细结构，并为我国深空探测做贡献。此外，它还将探测星际分子、搜索可能的星际通讯信号，寻找地外生命。
 

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廿载创新，触摸宇宙心跳

FAST馈源舱首次升舱挑战一系列世界级难题

　　今天，贵州山区峰丛洼地中，500米口径球面射电望远镜（FAST）完成了馈源舱首次升舱。这只世界最大的中国“天眼”完成了“点睛之笔”。精彩瞬间背后，凝聚着中国天文学家联合多学科科学家、企业家共同挑战极限的努力。

　　从1993年开始，FAST工程一步步走向成功，得到提升的不仅仅是我国的科研能力，还有相关产业的研发能力，以及由此带来的产业升级。
　　
    6绳驱动，勇闯世界第一

　　今天的升舱，标志着FAST的核心设备--馈源舱及其支撑系统首次进入调试状态。

　　建造6座最高达168米的馈源支撑塔，用6根长达600米、重6吨的钢索，将重达30吨的馈源舱悬吊在空中，是FAST的创举。

　　其实，利用天然洼地建造大口径射电望远镜，美国305米口径的阿雷西伯射电望远镜就已做了尝试。但它的馈源舱支撑系统非常庞大，如果FAST也采用同样设计，整个支撑系统将重达近万吨。

　　15年前，天文台科学家开创性地提出了柔性悬吊系统，使悬吊在空中的设备重量下降到了30吨。这样，馈源舱就能在距谷底140至180米的高度内、直径207米的球冠范围内自如移动，二次定位精度达到10毫米。国家天文台副台长、FAST工程常务副总经理郑晓年说，在这一领域，中国一直保持着“世界第一”。

　　这一无人尝试过的系统架构，提出了一系列世界级难题：牵引绳索要不时伸缩，依附其上、用来传输电力和数据的电缆、光缆也要随之伸缩，如何让光纤不易折断、信号不易衰减？FAST对无线电污染十分敏感，而它本身又在使用许多大功率电子元器件，如何防止电磁污染？

　　国家天文台作为牵头单位，联合国内百余家企业和科研单位，将“不可能”变成了“可能”：他们历时4年，研制出了FAST动光缆，即用铝合金做成窗帘构件，让电缆、光缆可以像拉窗帘一样，随绳索长度改变而伸缩；同时，还研发出了可以弯曲10万次的光缆，而普通光缆只能抵抗上千次的弯曲。他们采取了许多首次运用的技术方案，来进行超高要求的电磁辐射屏蔽，比普通屏蔽要求高出一倍以上。

　　馈源舱系统仅是FAST工程三大创新点之一。另外两点，一是在喀斯特地区选址，利用天然洼地“盛放”大望远镜；二是设计并研制主动反射面板，用激光全站仪、24个测量基墩，与馈源舱同步协调运行，百米距离测量精度达到2毫米。
　　
    带企业一起“练内力”

　　记者发现，今天吊装现场的企业技术人员人数，不亚于科研人员。在为FAST解决每一个难题的背后，几乎都有相关企业付出的努力和担当。

　　馈源舱支撑系统的关键技术--6绳索驱动系统，就是由大连重工起重集团有限公司承担的。该公司副总经理邹胜介绍，这个系统受外界影响太多，比如风力、设备自重等因素影响，不确定性太大，因此研制难度极高。尽管企业承担过核环岛起重机、码头吊车等设备的研发制造，可要将吊装控制精度从厘米级提升到毫米级，从来没想过。

　　不过，大连重工将与FAST的合作，视作提升企业技术实力的契机，投入了比FAST提供的科研经费超出不止一倍的资金，以及大量人力，最终实现了FAST工程提出的苛刻要求。

　　邹胜说，这样的技术跨越，企业根本想不到，然而一旦拥有了技术实力，将会使企业在市场上拥有更多话语权，可以用自身技术替代更多国外专利。

　　为了研发FAST动光缆，让光缆的弯折寿命从1000次提升到10万次，同时从光缆传输模拟信号的衰减度比现有国家军用标准还要减少75%，烽火通信科技股份有限公司花了整整4年时间与FAST合作。

　　通过与FAST工程的合作，烽火共享了最先进光缆技术的知识产权，并于今年将动光缆作为新产品向市场推出--拥有了技术的制高点，它拥有了“一览众山小”的市场竞争底气。