05
FAST 的建造有哪些难点？
量变积累到一定程度就会产生质变 ， 带来的工程难度也是极大的 ，FAST 的索网建造就是一个难点 。
用来支撑球面的索网是一个变形的载体 ， 就像气球一样 ， 需要把“索”当成橡皮筋或者是弹簧来用 。 对于橡皮筋来说 ， 可以拉长一倍甚至两倍 ， 但是钢索的极限变形只有 3 ‰- 4 ‰ ， 这个量是非常小的 。
FAST 的抛物面有一部分是在球面下面 ， 有一部分是在球面上面 ， 也就是说连接抛物面的索网要向下拽拽得下来 ， 向上松要松得上去 。 但是钢索弹性变形只有 3 ‰- 4 ‰ ， 向下拽的时候不能拽断了 ， 向上松的时候不能虚牵了 ， 我们需要在 4 ‰的变形范围内 ， 把“向下拽”和“向上松”这两个功能全部实现 ， 并且还要刚刚好 ， 两边留的余地都非常小 。
不仅如此 ， 钢索的加工精度也很重要 ， 假设每根索引都长一毫米 ， 最后索再松就松不上去了 。 此外 ， 温度的变化也要吃掉一部分弹性变形 ， 所以整个索结构加工的精度是极高的 ， 而且留的余地是非常小 ， 整个设计就像在一个独木桥上在行走 ， 你稍微偏一点这个项目就失败了 。
除此之外 ， 为了保证没有其他无线电信号的干扰 ， FAST 选址在了贵州偏远山区 ， 很多大型设备无法进场 ， 所以大量的施工作业都是人手工完成的 ， 还有包括 170 多米高的塔、38 米深的人工挖孔桩、近万根钢索都是在空中散拼的 。 这是凝结了我们劳动人民的智慧和巧妙的施工方式才能完成的大型项目 。
06
【“中国天眼”六周年！这项独一无二的球面射电望远镜都有哪些成就】FAST 的调试有哪些难点？
FAST 这套系统跟传统望远镜是不一样的 ， 传统望远镜的抛物面跟交点上的接收机是天然匹配的 ， 不管指向任何一个方向它都是天然匹配的 。 但对于 FAST 来说 ， 它的反射面是 500 米跨度的索网、是近万根钢索编织成的复杂索网体系 ， 上面是 600 米跨度的索驱动结构 ， 外面是 30 多吨的馈源舱 。 这两套系统是完全独立的 ， 而且两套系统都是柔性的控制系统 ， 要在公里级的尺度上实现毫米级的定位精度 ， 这是我们传统工业体育场不曾遇到的 ， 对于传统的工程精度 ， 500 米差 1 米 ， 视觉上不会有任何影响 ， 安全上也不会有任何影响 。 但是对于 FAST 来讲 ， 几毫米的误差都会让天线效率下降 。
此外 ， FAST 是在贵州野外多雨多雾的环境下工作 ， 所有的测量控制都要有全天候实现的能力 ， 这意味着大量的光学测量实验没法全天候使用 ， 所有东西都要重新考虑 。 为了保证 FAST 的全天候运行能力 ， 我们最后是采用的是卫星定位测量系统、惯导和激光全站仪的融合测量技术 。 尽管激光全站仪在雨天雾天基本没法工作 ， 但是卫星导航和惯导依然可以保证 FAST 全天候的运行能力 。
这套系统一方面将不同的测量手段结合 ， 实现了优势互补；另一方面在精度上也有提升 ， 并且更重要的是提高了 FAST 的耐气候能力 。 后续我们还用微波测距仪代替了激光全站仪 。 此外 ， 我们还经常把 GPS “倒过来”用 ， 把基准站作为天上的卫星 ， 反过来照馈源舱 ， 这样达到了全天候高精度的目的 。
07
FAST 有哪些成就？
从 1937 年到现在 ， 射电望远镜已经发展了近 90 年的时间 ， 我们的“中国天眼”在宇宙望远镜发展历史上划下了浓重的一笔 ， 我们第一次站到了制高点 ， 而且领先的不是一点点 ， 在精度上领先了至少 2.5 到 3 倍的水平 。
FAST 的灵敏度、全天候运行能力 ， 以及每年 6000 多个小时的观测时长 ， 都是我们一开始没有想象到的 。
FAST 不光是一个性能卓越的射电望远镜 ， 还是一台非常好用的射电望远镜 。 截至今日 ， 科学家通过 FAST 发现的脉冲星数量已经超过 660 颗 ， 这个数量是同一时期、国际上所有射电望远镜发现脉冲星总数的5 倍以上 。 同时 ， FAST 运行两年期间还帮助科学家们取得了一些重要的科学成果 ， 这些科学成果包括 5 篇发表在《自然》上的论文、1 篇发表在《科学》上的论文 ， 其中一些科学成果还在 2021 年被《自然》评选为十大突破和发现 。 此外 ， 2021 年中国两院院士评选的十大科学进展中也包含了 FAST 的成果 。
在这些科学成果中 ， 比较有意思是快速射电暴 ， 这是 2007 年才发现的新天文现象 。 快速射电暴是在千分之几秒的时间内 ， 发出太阳数天、甚至一整年的能量的一种现象 。 科学家很好奇快速射电暴的来源是什么 ， 但是一直没有清晰的探测到 ， 直到具有超高灵敏度的 FAST 清晰地测到了电磁波偏转角的变化——这意味着磁层结构在这类天体中扮演着非常重要的角色 ， 基本预测了它是来自遥远的磁星 。
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