坐落在貴州省黔南州平塘縣克度鎮的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)已經落成啟用近3年時間了。截止到7月19日,這個世界上最大的射電望遠鏡已經發現了125顆優質脈衝星候選體,確認了86顆。這標誌著還處在設備調試階段(今年將正式進行國家驗收)的FAST已經部分實現了其科學目標,能真正的作為一個實用的望遠鏡而腳踏實地地開展天文觀測工作了。

       完成工程建設後的FAST,便進入了望遠鏡本身的調試階段。FAST總工程師、國家天文臺研究員姜鵬説:FAST調試難度大,調試工作涉及測量、控制、力學、電子學、天文等多學科領域,具有極大的技術挑戰。同時,FAST工作模式顯著區別於傳統望遠鏡,沒有成熟的經驗可供參考。

       當然,令人高興的是,FAST望遠鏡現已實現了跟蹤、漂移掃描、運動中掃描等多種的天文觀測模式,有數項的關鍵指標超過了預期。

       這曾是一代天文學人的夢想。

       1993年,在國際無線電科學聯盟大會上,中國等10個國家的天文學家提出應建造新一代射電“大望遠鏡”。他們期望,在電波環境被徹底破壞之前,真正看一眼初始的宇宙,弄清宇宙結構是如何形成和演化至今的。

       建造FAST的動機始於此。

       1994年底,北京天文臺(現國家天文臺)牽頭國內20所院校,提出建設“喀斯特工程”。他們從中國西南無數個喀斯特地貌的凹坑中,選中了貴州省平塘縣的大窩凼。2011年3月,這個工程(即FAST)正式開工建設。

       射電望遠鏡同光學望遠鏡一樣,口徑越大接收到的電磁波越多,其靈敏度就越高,探測能力就越強。

       FAST望遠鏡,是把覆蓋30個足球場的信號,聚集在藥片大小的空間裏。借此,FAST能夠監聽到宇宙中微弱的射電信號。要達到這一目標,500米口徑的結構,必須實現毫米級的精度,這是之前的天文學家從未做過的。

       回顧建設歷史,姜鵬在接受科技日報記者獨家專訪時説,在建設過程中,FAST團隊逢山開路,遇水搭橋,完全是“摸著石頭過河”。“因為我們要突破射電望遠鏡的百米口徑極限,開創建造巨型射電望遠鏡的新模式。它所面臨的技術挑戰極多。”

       科研人員要在大窩凼這個凹坑內鋪設4000多塊單元組成的500米球冠狀的主動反射面,球冠的反射面在射電源方向要形成300米口徑的暫態拋物面;使望遠鏡接收機能與傳統拋物面天線一樣處在焦點上,要採用輕型索拖動機構和並連線器人,實現接收機的高精度定位。

       FAST靠拉扯索網來調整“天線”(大鍋)。整個索網聯繫著邊框以及2000多個凹坑地表面上的促動器。這些電機協同配合,一致行動,控制著索網的形狀。而整個變形(調整天線)過程,是由鐳射定位系統校準的。

       高懸在大鍋上方的一個類似于神舟飛船大小的饋源艙(信號接收單元),重達30噸,內設世界上最精貴的接收器。它被6條400多米的鋼索吊起,移動範圍達200米,隨時接收相當於30個足球場的大鍋傳來的信號。

       “框架、索網、接收器,每一部分的位移都要控制在毫米級,FAST才能正常工作。”姜鵬説,FAST僅反射面就需要2000多臺促動器協同控制,而且索網把所有促動器都連成了一個整體,可以説是“牽一髮動全身”。

       令姜鵬感到欣慰的是,經過兩年多的緊張調試,FAST的數項性能指標超過預期,在靈敏度、系統噪音、指向精度等關鍵技術指標上,已經達到了國家驗收標準。“可以説,調試後的FAST是當之無愧的世界上最靈敏的射電望遠鏡,可以幫助人類了解更遙遠、更早期的宇宙。”

       2017年10月10日,國家天文臺在北京宣佈,FAST望遠鏡發現了6顆新的脈衝星。這是國際上利用中國製造的望遠鏡首次發現脈衝星,由此開啟了中國射電波段大科學裝置系統産生原創發現的新時代。

       目前,FAST已經發現的脈衝星候選體超過百顆。FAST工程首席科學家、國家天文臺研究員李菂説:“2018年2月,FAST探測到有史以來最暗弱的毫秒脈衝星之一,這顆脈衝星是其他國家很多望遠鏡看了多次卻都沒有看到的。這充分證明了FAST在靈敏度方面的優勢。”

       FAST的研製和建設,體現了我國自主創新能力,還將推動我國在天線製造技術、微波電子技術、並連線器人、大尺度結構工程、公里範圍高精度動態測量等眾多高科技領域的發展。