世界最强技术！中国“天眼”成功安装首块反射面单元

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有“天眼”之称的球面射电望远镜，是目前世界上在建的口径最大、最具威力的单天线射电望远镜，拥有约30个足球场大的接收面积。与德国波恩100米望远镜相比，灵敏度高出了大约10倍。而这个望远镜就坐落在中国贵州的平塘县。

据悉，目前世界上已建成最大的美国阿雷西博（Arecibo）射电望远镜是固定望远镜，不能转动，只能通过改变天线溃源的位置扫描天空中的一个约20°的带状区域，而FAST的球冠张角达到110—120°，这是其独到之处，也将保证未来30年内保持世界一流。

近日，从中科院获悉，位于中国贵州的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电天文望远镜（FAST）施工进入最后冲刺阶段。2015年8月2日下午，FAST第一块反射面单元成功吊装。http://www.twwtn.com/Upload/15/8/04095018534.jpg

反射面单元采用两台转运机车与两台半跨缆索吊联合的吊装方案，即用两台独立运行的转运机车沿圈梁环向运送反射面单元，再分别转给两台套半跨缆索吊，径向运送反射面单元至索网指定位置，再由施工人员到达索网节点位置装配固定。它的安装工程是FAST工程的主要技术难点之一，其关键问题主要包括：跨度大、位置高、工艺杂、干涉多等困难。

据介绍，整个反射面面积约25万平米，由4450块反射面单元组成。每个反射面单元由100块铆接式面板子单元组成，重量不超过500KG，共有186种规格，高度约1.3米。整个反射面安装工程约耗时9个月，4450个反射单元将拼出25万平方米的接收面积，以“捕捉”远在百亿光年外的射电信号，预计于2016年4月份完成。

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据介绍，反射面面板是决定FAST探测威力和探测精度的核心要素。反射面单元是主动反射面系统的重要组成部分，由中国电子科技集团公司设计制造。总面积达25万平方米的反射面看起来像一口超级“大锅”。这口“大锅”会动。FAST最大的特点是索网结构可以随着天体的移动自动变化，带动索网上活动的4450个反射面板产生变化，足以观测到任意方向的天体。

面板单元技术负责人、中国电子科技集团公司54所天伺部副主任郑元鹏告称，这口“大锅”是口名副其实的“变形金锅”。面板中反射面单元为三角形，反射面单元在球面上所处的位置不同，其几何尺寸、倾斜角度、支承点位置、荷载大小和方向等都不相同。4450个边长在10.2米至12.4之间的反射面单元种类就近400种，而一个发射面单元又由100个“形态各异”的更小的单元拼接而成。

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郑元鹏说，科研人员将根据索网节点坐标数据以及单元的安装尺寸要求，采用参数化设计方法，准确高效地给出每种单元的尺寸数据，构件数量达上百万件的单块子单元的表面精度最终能够控制在1毫米以上。正因为如此，4450个反射面每一个都可以进行对焦，灵敏度可达美国Arecibo望远镜的2倍。

中国电子科技集团公司产业部主任杨定江表示，FAST的设计技术方案除了在观测中性氢线及其他厘米波段谱线，开展从宇宙起源到星际物质结构的探讨、对暗弱脉冲星及其他暗弱射电源的搜索、高效率开展对地外理性生命的搜索等6个方面实现科学和技术的突破外，还将作为一个多学科基础研究平台，有能力将中性氢观测延伸至宇宙边缘，观测暗物质和暗能量，寻找第一代天体。“FAST有能力将深空通讯延伸至太阳系外缘行星，将卫星数据接收能力提高100倍。”杨定江说。

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【世界最大天文射电望远镜】

500米口径球面射电望远镜（Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，简称FAST）是国家科教领导小组审议确定的国家九大科技基础设施之一，拟采用中国科学家独创的设计和中国贵州南部的喀斯特洼地的独特地形条件，建设一个约30个足球场大的高灵敏度的巨型射电望远镜。

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FAST建成后将成为世界上最大口径的射电望远镜，FAST与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比，灵敏度提高约10倍；与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪十大工程之首的美国Arecibo 300米望远镜相比，其综合性能提高约10倍。作为世界最大的单口径望远镜，FAST将在未来20－30年保持世界一流设备的地位。

1994年开始，通过不断探索，中国天文学家提出在贵州喀斯特洼地中建造“500米口径球面射电望远镜”（FAST）的建议。2007年08月28日 历经12年的艰苦预研究，国家“十一五”重大科学工程——500 米口径球面射电望远镜FAST项目获国家立项批准，同时标志着这项受到国内外广泛关注的“世界第一大单口径望远镜”项目正式转入工程设计和建造阶段。2008年12月26日，具有中国独立自主知识产权的国家重大科技基础设施——500米口径球面射电望远镜（FAST）工程奠基仪式在FAST台址—贵州省黔南州平塘县大窝凼洼地举行。2009年6月9日，FAST工程详勘招标工作在国信招标集团有限公司的组织下圆满结束。贵州省建筑工程勘察院脱颖而出中标。2015年7月20日，第一批单元总数量1000个面板正式发运贵州准备安装。

【中国“天眼”能否看到“外星人”？】

http://www.twwtn.com/Upload/15/8/04102800513.jpgFAST工程进展牵动着天文学家和天文学爱好者的“神经”。中国天文学会理事长、中国科学院院士武向平表示，在天文观测方面，中国长期以来在世界上没有占据很前沿的位置。如果没有观测数据积累，总是用别人“二手的东西”，即使做了研究，也很难出彩。FAST建成后将弥补中国在观测领域的不足。

武向平认为，FAST非常适合脉冲星的观测，可以检验广义相对论。此外，它对高能物理、极端物理、相对论的检验也都非常有意义。在天文专家赵之珩看来，FAST建成后能够接收到从宇宙深处发来的无线电波，会有一系列新的发现，从而将中国在天文研究水平向世界先进行列迈出一大步。

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FAST那么灵敏，它能接收到遥远的世界里发过来的极其微弱的“外星人”的信号，甚至找到“外星人”么？“FAST能从宇宙的今天看到很远的地方去，有助揭开宇宙起源之谜，甚至是‘地外文明’。”武向平说。赵之珩认为，射电波段的观测，推动了地球人对宇宙的理解，如20世纪60年代四大发现：宇宙微波背景辐射、类星体、脉冲星和星际有机分子。现代天文学上的“两暗一黑”（即暗物质、暗能量、黑洞）还存在着许多的谜团。FAST接受和放大它们发来的微弱信号，有助于揭开这些谜团。

中国天文学会会员、天津市天文学会理事史志成表示，FAST是中国具有自主知识产权的科学设备，对国际同类设备将保持领先水平。它将探测宇宙中遥远的信号、物质，例如电磁波、微波、激光、宇宙中的各种气体、有机物、星际物质、恒星等的辐射信息。它将对脉冲星、类星体等各种暗弱辐射源进行更精密观测，对它们的物质结构、产生机制进行深入探索，有望对认识宇宙起源与演化过程作出贡献。“宇宙中的生命体或高智商‘外星人’若存在，他们的产生、遗留之信息，若存在于浩瀚天宇中，也有可能被FAST探测并接收到。”史志成说。

【千万亿次超级计算机将助力“天眼”】

从中科曙光公司获悉，作为中国高性能计算领军企业，这家公司将在黔南超级计算中心部署千万亿次超级计算机“天眼一号”，助力中国在建的世界上最大的单口径射电望远镜探测百亿光年外信息。

http://www.twwtn.com/Upload/15/8/04100428112.jpg作为中国九大科技基础设施之一，这只被喻为中国“天眼”的超级望远镜（简称FAST）单口径500米，接收面积相当于30个足球场，于2011年预计2016年建成。投入使用后，中国空间测控能力将由月球同步轨道延伸到太阳系外缘。这意味着，远在百亿光年外的射电信号，FAST也有可能捕捉到。鉴于FAST的海量数据存储和处理均需要强大的超级计算系统的支撑，为推动FAST工程的建设，中科院计算所、天眼集团和中科曙光三方签署了战略合作协议，将共同建设与FAST工程配套的黔南超级计算中心。

据中科曙光公司介绍，FAST的重要科学目标“脉冲星巡天”和“中性氢谱线巡天”有着“天文级”的数据存储要求和高效精密的计算要求。中科院计算技术研究所高性能计算机研究中心主任张佩珩表示，建成后，FAST每天需求的峰值计算至少要达到每秒200万亿次以上，存储将达到10PB以上。

面对未来FAST在这方面庞大的数据需求，中科曙光副总裁任京旸介绍说，“天眼一号”计算能力将达到每秒1000万亿次以上，将配备先进的分布式数据存储技术以及高达100Gb／s的高速网络，不仅可以充分满足项目的需求，而且具有低功耗、低成本、高密度和快速交付等特点，为海量数据的高速传输和分析提供条件。

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