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姜鵬國家天文臺研究員,“中國天眼”總工程師
2020品牌活動年1月11日, 由中國科學院國家互動裝置天文臺主導建設的500米口徑球面射電望遠鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,以下簡稱FAST)通過國家驗收,標志著這項有“中國天眼”之稱的重大工程項目正式交付國記者會家使用,同時也將對國內天文學家開放。
FAST是我國具有自主知識產權的,世界最大單口徑的,最靈敏的射電望遠鏡。它的投入使用使得中國的天大圖輸出文學家終于有機會廣告設計走到世記者會界的最前沿。
望遠鏡的發展歷史,其實就是追求靈敏度的歷史。而更廣告設計靈敏的望遠鏡則需要具備更大的活動佈置口徑,因為奇藝果影像更大口徑的望VR虛擬實境遠鏡意味著更大的收光面積品牌活動,也就意味著更強的對暗弱信號的探測能力。這樣天文學家就可以探測到更多的天體樣本,觀測到更遙遠的宇宙現象。這包裝設計對于我們研究宇宙的演化歷史具有非常大的幫助。
但是自從1972年德國人在波恩將望遠鏡的口徑做到100米之后,在近半個世紀內,采用傳統工作方式的望遠鏡都很難大幅突破這個工程極限。1994年,以南仁東為代表的一批懷揣夢想和激情的中國科學展覽策劃家提出建造500米口徑球面射電望遠鏡的設想。歷時22年之后,FAST最終于2016年在貴州喀斯特洼地建成。模型從此,世界射電天文望FRP遠鏡的歷史開始由中國人改寫。
“中國天眼”之父南仁東(1945-2017)
FAST的反射面相當于30個足球場。如果把它比喻成一口鍋,裝滿水全世界每人可以分4瓶。這是常人難以想象的工程體量。在建造FAST的過程中,工程團隊也克服了一系列常人難以想象的困難。
FAST的主體支撐結構是500米直徑的圈梁和索網、6座掛在懸崖峭壁的百米鋼塔、總面積25萬平米的4450塊反射面單元,其總重量近12000噸。在沒有大型機械輔助的前提下,要在現場條件極其苛刻的山區完成毫米級精度的500米跨度結構安裝,這是平面設計人類不曾遇到過的工程技術難題。為此,工程技術人員專門為FAST設計了極其特殊的安裝方案。很多國際專家學者來FAST參觀,不由感嘆:只有中國能做得了FAST。
FAST全局俯瞰圖
FAST設備構成極其復雜,近萬根鋼索與20玖陽視覺00多臺促動器組成的復雜耦合控制系統,使30個足球道具製作場大小的反射面能實時地根據天體目標的位置改變形狀。而饋源定位則首次采用輕型索拖動饋源平臺的方案,即通場地佈置過控制六索索長,控制饋源艙根據觀測需要在焦面上移動。饋源艙內還裝有AB軸和并聯機器人,可以進行二級調整以實現接收機高精度定位。這套世界上最大的柔索牽引并聯機構,要將30噸重的饋源艙在140米的高空、206米的范圍控制到毫米級的精度。巨大工程體量、超高精度要求及特殊的工作方式,造就了FAST調試所面臨的技術挑戰。
FAST全新工作方式使得調試工作幾乎沒有可參考的成熟經驗,同時調試工作的安全風險極大,一個小失誤就可能會讓望遠鏡遭受滅頂之災。為此,調試團隊完成了一系列創新性的技術應用,例如基于力學仿真技術發展了反射面的實時控制系統、研制了基于全站儀、慣導、衛星導航的多系統數據融合測量技術,進而解決了參展望遠鏡調試所涉及的一系列測量、控制及安全評估等技術難題。
工作人員正在進行現場調試
FAST在2016年落成之后已經開始啟用,接收來自宇宙深處的電磁波。截止到2019年12月,FAST經典大圖已成功互動裝置發現近200顆脈沖星優記者會質候選體,其中超過百顆已通過驗證。受益于FAST的超高靈敏度,我們已經能將國際脈沖星測時精度提升至少一個數量級,這將使人品牌活動類有望首次具備探測納赫茲引力波的能力。同時,FAST也將極大擴展射電波段可觀測樣本的數量,拓展人類認知宇宙的視野。
FAST接收到的某脈沖星發來的周期性電磁波信號
FAST在未來將幫助人類回溯宇宙最原初的影像,幫助我們理解快速啟動儀式射電暴這類最神道具製作秘天文現象的物理起源,讓我們有機會發現更加奇異的天體,例如脈沖星-黑洞雙星系AR擴增實境統。那樣人類就可以首次精確測量黑洞的質量,還可以在更極端的引力場條件下檢驗攤位設計愛因斯坦相對論的正確性。(觀點中國)
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