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位于貴州黔南州平塘縣大窩凼的世界最大單口徑射電望遠鏡——500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）的最后一塊反射面單元3日成功吊裝，這標志著FAST主體工程順利完工。這只“觀天巨眼”預計于今年9月全部竣工，開始探索宇宙深處的奧秘。據介紹，FAST突破了射電望遠鏡的百米極限，它擁有30個足球場大的接收面積，與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠鏡相比，靈敏度提高約10倍。它將在未來10至20年保持世界一流設備的地位。
揭秘
“超級天眼”既是中國制造更是中國創造
日在貴州平塘架設完成的500米口徑球面射電望遠鏡，猶如一只瞄向外太空的 “超級天眼”。數千科學家、工程師和建設者們深扎山谷，用近兩千個日日夜夜精雕“眼窩”、勾勒“眼底”、密布“神經”、點睛“眼珠”，靠智慧頭腦和精湛技藝雕琢出深邃“天眼”。
“巧奪天工”書寫中國創造
“在這里，再高的吊車也望塵莫及、再長的臂手也鞭長莫及！”回顧建設歷程，國家天文臺500米口徑球面射電望遠鏡工程總工藝師王啟明對記者說，射電望遠鏡的建設施工量比不上機場或高鐵站，但極其特殊的地形條件卻帶來巨大的施工難度，高度、跨度、坡度、斜度讓常規機械設備在這里顯得無能為力、一籌莫展。
如何在直徑500米、落差150米的喀斯特洼地里建設一個既穩定又靈敏的超級“天眼”，科學家和工程師們費足了腦筋，不斷探索，最終“索網”結構勝出，它既能穩定支撐，又能讓“天眼”工作時跟隨天體轉動，跟蹤掃描射電源。
中國大射電望遠鏡的索網是目前世界上跨度最大、精度最高的索網結構，也是世界上第一個采用變位工作方式的索網體系。王啟明說，反射面單元面板將固定在上萬根鋼索上，安裝完成后整個反射面其實是懸在半空中的，螺旋狀公路一直通達“凼”底，供車輛和人員維護設備時通行。走入望遠鏡底部，索網猶如一個由鋼索織就的巨大“網兜”，緊緊支撐和保護著反射面板。
精益求精追逐“毫厘標準”
中國大射電望遠鏡的目標，是把覆蓋30個足球場的信號，聚集在藥片大小的空間里，如不如此，就無法監聽到宇宙中微弱的射電信號。龐然大物卻要實現毫米級精度，挑戰前所未有。
“這里不僅有施工監理，還有專門的材料監造，就是確保每一個用材都能毫厘不差。”王啟明說，十幾米長的索，誤差不準超過1毫米，生產流程必須用恒溫裝置，確保所有材料是在20攝氏度溫度場生產的。
公里尺度的鋼索支撐體系，位姿精度卻在毫米級。大連華銳重工集團高級工程師武榮陽說，觀測天體時因為地球有自傳，需要補償地球自轉。饋源艙直徑13米，位姿精度誤差不能超過48毫米，角度不超過1度。
“六根索拉著饋源艙移動，48毫米的位姿精度仍不能確保望遠鏡指向精準。”中國電子科技集團第五十四研究所高級工程師鄭元鵬說，饋源艙內安裝了并聯機器人用于二級調整，最終調整定位精度為10毫米。
要能靈敏觀測浩瀚星空，拼裝面板子單元邊界的精準定位是首要問題。科研人員為此專門設計的定位夾具，它能對每塊面板的水平位置以及軸向高度進行精準定位，每個等邊三角形交點孔位精度保持在0.1毫米至0.15毫米。
“千錘百煉”遴選完美方案
沒有經驗可借鑒，望遠鏡建設中遇到一道又一道關卡，但是，工程研究人員卻經歷了無數次失敗，失敗了重來，再失敗再重來，每一道關卡都要經過千錘百煉的反復試驗。
“90后”年輕的反射面吊裝技術指導張曉佳來自武船重工集團，他說，4450塊反射面板分為30層，雖然形狀都是看似一樣的三角形，但角度、大小卻千差萬別。大跨度纜索吊裝，吊具要經過反復設計、比對和試驗，才能確保嚴絲合縫。
宇宙空間混雜各種輻射，遙遠的信號就像雷聲中的蟬鳴，沒有超級靈敏的耳朵就分辨不出來。武榮陽說，為了確保望遠鏡不受到任何磁場的干擾，僅對施工設備的電磁防護就花了半年多時間做試驗，從塔底到塔頂做了四五套方案。“頭發絲粗的縫隙，都有可能讓干擾信號跑出去”，反復試驗是為了確保萬無一失。
“從技術到材料，基本上都是國產化，既是中國制造，更是中國創造。”王啟明說，中國大射電望遠鏡創造了很多奇跡，更體現了我國自主創新能力，推動我國在天線制造技術、微波電子技術、并聯機器人、大跨度結構、公里范圍高精度動態測量等眾多高科技領域的發展。
釋疑
尋找地外文明的幾率提升5至10倍
為什么在貴州山區建“天眼”？
1993年國際無線電聯大會上，包括中國在內的10國天文學家提出建造新一代射電“大望遠鏡”的倡議，渴望在電波環境徹底毀壞前，回溯原初宇宙，解答天文學中的眾多難題。
1995年底，北京天文臺聯合國內20余所大學和研究所，成立了射電“大望遠鏡”中國推進委員會，提出了利用貴州喀斯特洼地建造球反射面，即“阿雷西博型天線陣”的喀斯特工程概念。
此后，中國科學家們進一步推進喀斯特概念，提出獨立研制一臺新型的喀斯特單元，即500米口徑球面射電望遠鏡。
為了給新一代射電“大望遠鏡”安家，科學家們通過衛星遙感把貴州喀斯特山區翻了個遍。中國科學院國家天文臺研究員、500米口徑球面射電望遠鏡工程副經理彭勃回憶說，當時天文臺委托兩家院所進行獨立搜尋，從300多個候選洼坑中遴選。結果，位于黔南州平塘縣的大窩凼兩次都獲最高分。
中國“天眼”優勢在哪兒？
無論是置身大射電望遠鏡邊上，爬上附近山頂的觀景臺，還是通過虛擬現實視頻，你都能直觀感受它的第一特點——大。科學家們形容它是一座“觀天巨眼”。
中國科學院國家天文臺500米口徑球面射電望遠鏡工程總工藝師王啟明說，僅圈梁、索網和支撐饋源艙的6座高塔就用掉1萬多噸鋼材。
但大射電望遠鏡絕不是金屬堆砌的“傻大粗”，它是最精密的天文儀器。由于采用光機電一體化的饋源平臺，加之饋源艙內的并聯機器人二次調整，它在饋源與反射面之間無剛性連接的情況下，可實現毫米級指向跟蹤，確保精確地聚集和監聽宇宙中微弱的射電信號。
“我們的最初設計理念源自美國阿雷西博望遠鏡。但跟阿雷西博相比，主動反射面系統是我們最大的創新。”彭勃說，大射電望遠鏡的索網結構可以隨著天體的移動變化，帶動索網上的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。
阿雷西博望遠鏡是固定望遠鏡，只能通過改變天線潰源的位置掃描天空中的一個約20度的帶狀區域。而主動反射面讓中國大射電望遠鏡擁有更廣的觀測范圍，能覆蓋40度的天頂角。
能否找到地外文明？
“跟其他射電望遠鏡一樣，中國大射電望遠鏡最主要的兩大科學目標是巡視宇宙中的中性氫和觀測脈沖星，前者是研究宇宙大尺度物理學，以探索宇宙起源和演化，后者是研究極端狀態下的物質結構與物理規律。”中國科學院國家天文臺副臺長鄭曉年說。
半個多世紀以來，全世界所有射電望遠鏡收集的能量尚翻不動一頁紙，中國大射電望遠鏡的加盟將大大加快這一速度。而收集的能量，意味著解讀宇宙深處奧秘的信息量。“從射電望遠鏡誕生至今，人類共發現了約2500顆脈沖星，如果中國大射電望遠鏡的工作時間全部用于觀測脈沖星，它一年時間內就有望將這個數量翻倍。”彭勃說，脈沖星可以用于脈沖星導航、脈沖星計時陣等應用目標。
彭勃說，科學家利用阿雷西博望遠鏡發現引力波，并獲得諾貝爾物理學獎，中國大射電望遠鏡則為自然科學特別是物理學相關領域提供了重大發現的機會。
“針對大眾十分關心的大射電望遠鏡能否用于尋找地外文明，答案是肯定的。”彭勃表示，它是探測系外行星尤其是類地行星的利器。由于靈敏度提高，它能看到更遠、更暗弱的天體，通過探測星際分子、搜索可能的星際通訊信號，尋找地外文明的幾率比現有設備提升了5至10倍。
在7月3日饋源艙升艙和反射面板按計劃完成安裝后，大射電望遠鏡將進行2個多月的系統調試，于9月底正式竣工投入使用。但要實現所有功能參數最優化，它還要在兩三年的觀測中不斷調試完善。
“大射電望遠鏡建成后將成為中國天文學研究的‘利器’，在未來10至20年保持世界一流設備的地位。”鄭曉年說，“希望中國科學家盡快利用它出成果。”
