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“中国天眼”的中国创造 核心系统由河北研制安装

长城网 作者:李默 2016-09-27 10:53:02
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  导语:9月25日上午,被称作“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜FAST正式启用。位于贵州省平塘县克度镇大窝凼的FAST,其强大威力让人类首次有能力倾听来自137亿光年外的深空信号。“这一大国重器的核心系统由我们研制安装。”中国电科54所副所长高晓滨在现场对笔者说,“FAST是中国‘智’造的代表,更是河北创造的代表。”

位于贵州黔南州平塘县大窝凼的500米口径球面射电望远镜(FAST)。新华社记者 金立旺 摄

  接收面积相当于30个足球场

  中国“天眼”500米口径球面射电望远镜工程由我国天文学家于1994年提出构想,从预研到建成历时22年,是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。

  “天眼”工程总工程师兼首席科学家南仁东介绍,借助这只巨大的“天眼”,科研人员可以窥探星际之间互动的信息,观测暗物质,测定黑洞质量,甚至搜寻可能存在的星外文明。众多独门绝技让其成为世界射电望远镜中的佼佼者,这也将为世界天文学的新发现提供重要机遇。

  作为国家重大科技基础设施,“天眼”工程由主动反射面系统、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。主动反射面是由上万根钢索和4450个反射单元组成的球冠型索膜结构,其外形像一口巨大的锅,接收面积相当于30个标准足球场。

  能接收137亿光年以外的电磁信号

  诺贝尔物理学奖获得者约瑟夫·泰勒与全球顶级天文学家及众多天文爱好者当日也齐聚平塘,共同见证中国“天眼”开启探秘之旅。“这是世界一流的望远镜,期待它能给人类带来更多重要的科学发现。”他兴奋地说。

  与德国波恩100米望远镜相比,“天眼”的灵敏度提高了约10倍;与美国阿雷西博350米望远镜相比,“天眼”的综合性能也提高了约10倍。“天眼”能够接收到137亿光年以外的电磁信号,观测范围可达宇宙边缘。

  从25日起,“天眼”方圆5公里将成为“静默区”。这个庞然大物开始睁开“慧眼”,专注地捕捉来自宇宙深空的信号。

  据悉,“天眼”运行后,还将开展一系列国际科研合作,但在这之前还需要一段时间的参数修正和状态调整,以便达到最佳观测效果。

资料图

  测试三年后误差不超1毫米

  不同于美国阿雷西博望远镜只能通过改变天线馈源的位置扫描天空中的一个带状区域,“500米口径球面射电望远镜”(简称FAST)的创新在于利用球冠反射面在射电电源方向形成300米口径瞬时抛物面,更便于追踪移动的天体,与“阿雷西博”相比,其综合性能提高约10倍。

  另一大创新在于采用世界上跨度最大、精度最高的索网结构。据FAST工程总工艺师王启明介绍,需要攻克的技术难题贯穿索网的设计、制造及安装全过程,仅以高应力幅钢索研制为例,从2010年开始,历经上百次拉索实验,才满足了FAST工程对拉索疲劳性能高于国际标准1倍的要求。

  FAST启用后,真正的挑战在于如何总控协调整个系统运行。这么大尺度的望远镜,如果没有共同的时间基准和位置基准,根本没有办法让望远镜在特定时刻走到科学家想要的位置,接受到他们想要的信号。

  “所有的报道都在说FAST宏伟、壮观,其实FAST最震撼人心的是精准。馈源舱运行和反射面变型,如果没有同样的参考,不能在共同的时刻达到相同的位置,很难谈精准。经过3年的测试,我们的基墩稳定性很高,误差不超过1毫米。”FAST工程测量与控制系统总工朱丽春说。

  “天眼”催生“天文小镇”

  由于曝光率增多以及项目本身的壮观程度,越来越多的人对参观FAST保有浓厚的兴趣,使得FAST产生的影响超过了其科学范畴。毗邻FAST的一座山上,当地政府引资修建了观景台,并有计划开通索道、缆车、电车。通过观景台的公路也将在近期贯通,方便游客一览“天眼”全貌。

资料图

  “中国天眼”核心系统由河北研制安装

  与德国波恩100米口径射电望远镜相比,FAST灵敏度提高约10倍;与被评为人类20世纪十大工程之首的美国Arecibo300米口径射电望远镜相比,综合性能提高约10倍。专家认为,FAST将在未来10至20年内保持世界一流设备地位。FAST有望在观测脉冲星、探测星际分子等多个方面取得新发现,FAST还将参与地外文明搜索,求解众多潜藏在深空中的宇宙之谜。

  反射面总面积达25万平方米,足有30个标准足球场大小。群山环抱中,银白色的“巨锅”在阳光下熠熠生辉,依托喀斯特地貌山谷建起的FAST,本身就是一个科学和工程的奇迹。“FAST是大科学工程,架构庞杂,中国电科54所承担了其中关键的两大系统——反射面单元、馈源舱及舱停靠平台的研制工作。”高晓滨说,FAST的性能与这两大系统息息相关。反射面的精度和馈源舱的灵敏度,都直接决定了FAST的性能。

  “FAST反射面由4450块反射面板单元组成,每块单元又由100块直径约1.1米的面板子单元拼装而成。”中国电科54所FAST反射面系统总设计师郑元鹏介绍,反射面单元根据位置和功用不同,共有431种类型,而面板子单元又分7种。同一类型的面板,虽然肉眼看不出不同,但在形态、大小上存在细微差距。“FAST项目的反射面板是用小平面配装大球面,为确保观天效果,每个单元的拼装精度均达到毫米级。”

  站在山顶,笔者看到,6座近百米高的支撑塔垂下6条柔性钢索,将椭圆形的馈源舱吊在半空“锅心”处。“如果说FAST是观测深空的巨眼,那么馈源舱就犹如这只眼睛的巨大瞳孔。”中国电科54所馈源舱总设计师李建军说,“要确保高度敏感的FAST不会受干扰‘误判’,馈源舱就必须高效屏蔽非宇宙信号,这是一项技术挑战。”李建军介绍,目前美国Arecibo300米口径射电望远镜屏蔽指标是120分贝,而经过技术创新,FAST屏蔽指标最终达到160分贝。为确保馈源舱动态稳定,李建军还带领团队通过两级精密调整,实现接收机以毫米级精度定位,“这两项技术,都达到当前世界一流水平。”

新华社记者 刘续 摄

  这是6月30日拍摄的500米口径球面射电望远镜工程反射面板的局部。被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜,是具有我国自主知识产权、最灵敏的射电望远镜。它的落成启用,对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。

资料图

  中国“天眼”将为太空探索带来新发现

  澳媒:据《悉尼先驱晨报》报道,这个五百米口径球面射电望远镜充分展现了中国探索宇宙的科研决心,它不仅会带来引人关注的新发现,还有望帮助中国获得诺贝尔奖等世界级荣誉。澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)资深天文学家道格拉斯·博克认为,射电天文学是一个非常国际化的领域,国际合作可以推动研发仪器系统、新望远镜等许多技术层面的合作。天文学家还希望通过“天眼”来定位成千上万的脉冲星,一旦能更精准地测量脉冲星,便能探索爱因斯坦广义相对论所预测的难以捉摸的引力波。

  澳大利亚广播公司也在报道中指出,军事领域和太空计划方面的成就都是中国飞速进步的象征,中国在各科学技术项目投入大量资金并已取得不少卓越成就。METI一直致力于将消息传送至太空以寻找外星生命,该机构主席道格拉斯·凡柯表示,“天眼”带来的发现将超乎我们的想象。

  (据新华社、人民网、河北日报、河北省科学技术厅综合)

来源: 长城网

关键词:中国天眼,望远镜,FAST,深空信号

责任编辑:张世豪
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