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工匠精神 | 中国天眼
来源:   作者:   点击数:   日期:2019年12月17日 17:24   字体:【

基本情况

FAST是由国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一,采用中国科学家独创设计和我国贵州南部喀斯特洼地的独特地形条件,建设的一个约30个足球场大小的高灵敏度巨型射电望远镜。该工程由中国天文学家于1994年提出构想,由中国科学院国家天文台主导建设,从预研到建成历时22年,于2016年9月25日落成启用,是具有中国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。

FAST可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。其应用价值可以是为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟;诊断识别微弱的空间讯号,为国家安全服务;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。

 

二、关键技术

一是工程结构技术FAST索网是世界上跨度最大、精度最高的索网结构。这个索网结构的模型,跟家里使用的卫星天线有点类似,有一个大锅形状的接收器,叫做馈源舱。FAST一共用了6670根主索和2225根下拉索,拼出“天眼”索网,拉起馈源舱,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。而且索网上镶嵌着4450块反射板,每块边长10.4—12.4米,单元重427—482.5公斤,厚度约1.3毫米,共用2000多吨铝合金。是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系。

二是制造和安装技术。射电望远镜是通过天线锅(反射面)来接收信号的。通过反射面的反射聚焦,把信号聚拢到一点上,提供给馈源接收机。FAST的主动反射面大约25万平方米,相当于30个足球场的面积。安装直径500米的反射面,需要制造和安装巨大的索网。中国这些年建了很多世界一流的工程,其中规模最大的钢拉悬索桥,在原理上和这个索网结构类似。因此在技术上,FAST不仅是成熟、先进的,而且是世界领先的。

三是激光定位系统FAST仅仅制造和安装好是不够的,还需要能够移动调整。美国“阿雷西博”望远镜是固定在地面上不动的,也就是说它的观测方向是固定的,而FAST可以变形。FAST由4450块反射板拼成一个巨大的球面,由与索网相连的2000多个小电机控制,通过激光定位系统控制索网的形状,从而变换天线的方向。这个定位精确到毫米。FAST每块反射板的背后都由钢索牵拉,可以随着天体的移动来调整瞬时抛物面的方向,从而控制FAST的核心部件——30吨重“馈源舱”。

四是驱动控制系统FAST项目核心部件馈源舱的主控制系统是 6索并联驱动控制系统,可以控制馈源舱进行姿态、位置调整,精确地达到反射面的焦点位置,使馈源舱获取信号能力达到最佳。

 

三、主要科学目标

一是巡视宇宙中的中性氢中性氢是在宇宙形成之初存在的元素,基本上记录了整个宇宙演化的过程,利用FAST巡视中性氢可以帮助我们研究整个宇宙的起源和演化

二是观测脉冲星脉冲星是恒星能源消耗完以后形成的,是FAST研究的一个重点

三是主导国际VLBI网国际大射电望远镜阵VLBI网,因为FAST参加将提高整个网的性能

四是探测星际分子FAST对探包括宇宙的组成、生命的起源等等都有重要的意义

五是搜寻星际通讯信号这种信号在某种意义来说是高级外星的生命所发出的,或许FAST将帮助我们发现它们。

 

意义价值

1、不在短期内实现经济效益或搜寻奇异天体

FAST的主要目标不是在短期内实现经济效益,而是用来扫描宇宙背景微波辐射,观测和研究宇宙中的遥远信号和物质。比如宇宙中间的气体、微波激光以及脉冲星,实现对宇宙物质成分和演化历史最基本的理解,满足人类对于未知宇宙的探索。另外,FAST将可能搜寻到更多的奇异天体,用来观测脉冲星(大质量恒星发生超新星爆炸后的致密残留物),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。从脉冲星中遴选出脉冲信号稳定的毫秒级脉冲星,将来有望应用于空间飞行器导航领域

2、有助于信息科学领域数据存储与计算

FAST作为射电天文学界的“世界第一天眼”,其对数据存储与计算的需要同样也是“天文级”的。天文学作为最先经历信息爆炸的科学领域之一,历来以数据量大、数据类型复杂著称。短期内FAST的计算性能需求,至少需达到每秒200万亿次以上,存储容量需求达到10PB(1PB相当于1000TB)以上。随着时间推移和科学任务的深入,其对计算性能和存储容量的需求将爆炸式增长,数据量和计算量更是会“大得惊人”。

 

五、主要代表人物

南仁东

南仁东(1945年2月—2017年9月15日),男,满族,群众,吉林辽源人,中国天文学家、中国科学院国家天文台研究员,曾任FAST工程首席科学家兼总工程师,主要研究领域为射电天体物理和射电天文技术与方法,负责国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)的科学技术工作。2017年5月,获得全国创新争先奖2017年7月,入选为2017年中国科学院院士增选初步候选人。

南仁东1963年就读于清华大学,于中国科学院研究生院获硕士、博士学位。后在日本国立天文台任客座教授,1982年,他进入中国科学院北京天文台工作。1994年起,一直负责FAST的选址、预研究、立项、可行性研究及初步设计。作为项目首席科学家、总工程师,负责编订FAST科学目标,全面指导FAST工程建设,并主持攻克了索疲劳、动光缆等一系列技术难题。2016年9月25日,其主持的FAST落成启用。2017年9月15日晚,南仁东因病逝世,享年72岁。2018年12月18日,党中央、国务院授予南仁东同志改革先锋称号,颁授改革先锋奖章,并获评“中国天眼”的主要发起者和奠基人。2019年9月17日,国家主席习近平签署主席令,授予南仁东“人民科学家”国家荣誉称号。2019年9月25日,被评选为“最美奋斗者”。

(二)彭勃

 

   彭勃,男,汉族,1964年4月出生,湖南。中共党员。天体物理博士,研究员。FAST工程副经理、中国科学院FAST重点实验室主任。贵州省科技厅党组成员、副厅长(挂职一年),贵州射电天文台台长。

1993年参与10国大射电望远镜LT(平方公里阵SKA)筹备,共同发起、提出和发展SKA中国概念KARST及先导单元FAST(500米口径球面射电望远镜)。长期从事射电巡天、活动星系核、巨射电星系环境、射电天文技术与方法研究。参与密云米波综合孔径MSRT巡天观测、荷兰综合孔径望远镜WSRT巡天。主持中国科学院重点项目、国家自然科学基金重点和面上项目,以及科技部973项目等,发表论文130余篇。曾任国家中长期科学与技术发展规划第15专题骨干。在射电天文研究与技术方法、中国天眼FAST研制、科技扶贫助力地方发展和科普教育等方面,做出了特色创新性贡献。主导设计的天文科普文化园,已发展为享誉中外的天文特色小镇。并是2017年度中国科学院杰出成就科技奖主要完成者。

 

 

参考文献

[1]https://baike./item/500%E7%B1%B3%E5%8F%A3%E5%BE%84%E7%90%83%E9%9D%A2%E5%B0%84%E7%94%B5%E6%9C%9B%E8%BF%9C%E9%95%9C/2504551?fr=aladdin

[2]http://www.sohu.com/a/256371975_692901

[3]http://www.sohu.com/a/205222344_162758

[4]http://www.71.cn/2016/1019/916837_4.shtml

[5]中国“天眼”筑梦人——忆FAST工程首席科学家、总工程师南仁东[J].空间科学学报,2017,37(06):779.

[6]覃淋,谢光龙.“中国天眼”两周年成长记[J].当代贵州,2018(42):28-29.

 

 

 

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