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中國制造的“天眼”領(lǐng)先世界20年

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發(fā)布時間:2016-11-26 23:08:56

 原標(biāo)題:中國制造的“天眼”領(lǐng)先世界20年

  中國青年網(wǎng)北京11月25日電(記者 李正穹 陳琛)浩瀚星空,廣袤蒼穹,自古以來寄托著人類的科學(xué)憧憬。

  神舟十一號返回艙成功著陸后,航天員景海鵬、陳冬曾在太空中朗讀的一封特別的“家書”,引起了大家的關(guān)注。這封家書來自貴州平塘克度鎮(zhèn)第一小學(xué)的一位學(xué)生,信中寫道:

  “親愛的航天員叔叔:我是貴州大山里的一個小學(xué)生,今年在我的家鄉(xiāng)建成了世界最大的‘天眼’射電望遠(yuǎn)鏡,你們在太空能看到它嗎?我期待,未來有一天,我能自己在中國的空間站看到它。——王思倩。”

  這封來自貴州大山深處的“家書”提到了一個詞——“天眼”。它也被人們形象地稱為“鍋”。當(dāng)景海鵬、陳冬在地球之外為實現(xiàn)人類沖出地球、走向太空的夢想努力工作時,地球之上,這口99%中國制造的“鍋”正仰望星空,將人類目光延伸到宇宙邊緣、時間盡頭。

  這口“鍋”,位于中國西南貴州省平塘縣大窩凼(dàng)洼地,全名500米口徑射電望遠(yuǎn)鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,F(xiàn)AST)。它的反射面面積有30個足球場大小,由4450塊反射面單元組成。

  在終年常綠的重山中,這項凝聚中國天文人二十多年夢想的大工程,建造耗時僅5年半,擁有多項自主知識產(chǎn)權(quán),更領(lǐng)先世界同類設(shè)備20年。

  2016年9月25日,F(xiàn)AST正式落成啟用,成為目前世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。

  (一)

  起點,1993年,日本東京,國際無線電科學(xué)聯(lián)盟大會。

  “希望在全球電波環(huán)境惡化到不可收拾之前,可以建造新一代的射電‘大望遠(yuǎn)鏡’。”

  在會上聽到這個想法,時任中國科學(xué)院北京天文臺副臺長、現(xiàn)中國科學(xué)院國家天文臺FAST工程總工程師兼首席科學(xué)家的南仁東只冒出一個念頭:

  “別人都有自己的大設(shè)備,我們沒有,咱們也建一個吧!”

  “大設(shè)備”,是指大口徑射電望遠(yuǎn)鏡(簡稱“大射電”),也就是后來逐漸成型的FAST項目。

  (二)

  大射電,當(dāng)代中國天文學(xué)家夢寐以求的尖端設(shè)備,在對更遙遠(yuǎn)的宇宙空間、天體運動進(jìn)行更精準(zhǔn)探索時不可或缺。

  然而,1993年的中國,僅在北京、上海等地建有40米、25米口徑射電望遠(yuǎn)鏡。中國天文學(xué)家如果想使用大射電,只能去美國、歐洲,唯有那里才有當(dāng)時全世界最先進(jìn)的大口徑射電望遠(yuǎn)鏡。

  “天文學(xué)是孕育重大原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)的前沿科學(xué),也是推動科學(xué)進(jìn)步和創(chuàng)新的戰(zhàn)略制高點。”習(xí)近平在致我國500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡落成啟用的賀信中說。

  作為中國古代科技成就最輝煌的學(xué)科之一,天文學(xué)足以讓每個中國人驕傲。只是,這輝煌的時間屬性是“曾經(jīng)”,它滯留在“中國古代”。

  “現(xiàn)代天文學(xué)領(lǐng)域,中國已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界”。在設(shè)備不足、不夠先進(jìn)的條件下,這幾乎已成定論。

  為了改變現(xiàn)狀,為了扭轉(zhuǎn)頹勢,為了彎道超車,F(xiàn)AST拔地而起,橫空出世。

  (三)

  建設(shè)FAST絕非易事,堪稱一場現(xiàn)代科研長征,而且從1994年持續(xù)到2016年,一走就是22載。

  首先,便是選址難題。

  1994年4月,幾個人影走進(jìn)貴州的崇山峻嶺。

  林深樹茂,人跡罕至,這里是世界上最大的喀斯特區(qū)之一。

  所謂喀斯特地貌,就是石灰?guī)r地區(qū)所出現(xiàn)的地表山峰奇特、洼地和落水洞眾多、地下多洞穴和地下河有大量巖溶泉出露的自然景觀。桂林山水甲天下,便是這一地貌的典型代表。

  對于不遠(yuǎn)萬里從北京來到貴州的這幾個人來說,貴州喀斯特地貌最可貴的不是秀麗風(fēng)景,而是這里不僅與世隔絕,電磁干擾近乎零,而且地形條件穩(wěn)定,巖石透水性極高。

  這幾個人中的“帶頭大哥”,就是在給大射電找合適建設(shè)場所的南仁東。

  中外科學(xué)家考察大窩凼時與當(dāng)?shù)刈∶裨谶x址現(xiàn)場合影。資料圖

  在發(fā)現(xiàn)貴州喀斯特地貌所特有的窩凼前,南仁東為了選址,抽了不知多少煙。那時,他最常做的,就是抽著煙在辦公室周圍找人聊,覺得說得好就記一下。直到有一次,有人向他提到云貴的喀斯特洼地。

  南仁東迅速請遙感所出了三百多幅洼地的衛(wèi)星遙感圖,黃黃綠綠的圖上顯示當(dāng)?shù)氐母C凼。

  于是便有了前面那一幕,幾個人影不辭勞苦徒步入深林的情景。

  自此直到2005年的12年間,南仁東等大射電項目發(fā)起人對1000多個洼地進(jìn)行比選,又實地走遍上百個窩凼,終于選定大窩凼洼地作為臺址。

  據(jù)估算,以當(dāng)時的道路條件,南仁東們每天最多走1到2個窩凼,晚上回到縣城,白天再跋涉過來。

  (四)

  選址確定只是第一步。

  工程成本、難度過高的第二道難題,隨之而來。

  大口徑意味著容納接收器的巨型饋源艙、數(shù)量龐大的反射面板、用于支撐設(shè)備的復(fù)雜框架……如何破解?

  2011年3月5日,F(xiàn)AST正式開工建設(shè)。

  于是,一項神乎其技的工程開始在貴州黔南州的深山中高速展開。

  大窩凼舊貌

  圈梁安裝過程

  FAST索網(wǎng)安裝工程

  大窩凼全景

  反射面系統(tǒng)由支撐塔、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)和反射面面板等組成,索網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以隨著天體的移動變化,帶動索網(wǎng)上的4450個反射單元,在射電電源方向形成300米口徑瞬時拋物面,極大提升觀測效率;

  4450個反射單元面板上均有孔洞,既減少風(fēng)負(fù)載,又能提高透光率,對生態(tài)環(huán)境無公害,還大大降低了反射單元的自重;

  輕型索支撐饋源艙的方案,則將饋源艙減重到30噸,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的900噸,再加上并聯(lián)機器人的使用,實現(xiàn)了望遠(yuǎn)鏡接收機的高精度指向跟蹤……

  一項項創(chuàng)新技術(shù)的提出、實現(xiàn)和完成,是FAST對大口徑射電望遠(yuǎn)鏡工程更上一層樓的突破。

  而這也意味著,中國射電天文學(xué)界首次擁有世界排名第一的設(shè)備!

  自此,中國將可以用自己的望遠(yuǎn)鏡收聽來自太空深處的無線電波,接收137億光年以外的電磁信號;可以窺探星際之間互動的信息;可以觀測暗物質(zhì);可以測定黑洞質(zhì)量;可以搜尋可能存在的星外文明……

  突破同類設(shè)備的創(chuàng)新技術(shù),除少部分是與國際合作外,F(xiàn)AST中國設(shè)計、中國制造的純度達(dá)到99%;與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比,F(xiàn)AST靈敏度提高約10倍;與美國阿雷西博305米望遠(yuǎn)鏡相比,F(xiàn)AST綜合性能提高約10倍……數(shù)據(jù)只說明一件事:FAST預(yù)計對國際同類設(shè)備至少保持二十年以上的領(lǐng)先地位!

  從無中生有,敢為天下先。

  這就是貫穿FAST從立項到建成全過程的精神品質(zhì)。

  FAST的建成,將亙古以來深埋于中國人基因的宇宙夢再次喚醒。

  終于,在探索宇宙極限的道路上,中國人也能喊出這句經(jīng)典:我們的征途是星辰大海!

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