“中国天眼”，从地球聆听来自宇宙的声音

世界最大最灵敏单口径射电望远镜——

“中国天眼”，倾听宇宙的声音

2021年3月31日，“中国天眼”（FAST）宣布向全世界科学家对外开放。“中国天眼”是啥？它是在我国具备独立专利权、用以探索世界的单口径曲面射电望远镜。拥有它，能够促进对宇宙空间太空的掌握与检测，为天文学的发展趋势出示新的很有可能。

“中国天眼”有多大？它口径500米，发送总面积等同于30个足球场地那么大。假如在里面斟满纯净水，全球70亿人均值每个人分为4瓶。它可以看多远？能看透130多亿光年的地区，贴近宇宙边缘。现阶段，“中国天眼”是世界最大的也是最灵敏的单口径射电望远镜。

参考抛物面天线基本原理，从地球上倾听来源于宇宙空间的数据信号

“中国天眼”的别名是500米口径射电望远镜。有别于普遍的根据能见光开展观察的光学望远镜，射电望远镜根据接受宇宙空间中不由此可见的电磁波来“观察”宇宙空间。大家上边很厚的地球大气层有两个“对话框”： 一个是能见光对话框，自古以来人们全是根据这一对话框观察宇宙空间的；一个是无线通信对话框，上世纪30年代，无线通信天文学先行者梅帝·央斯基偶然发现了来源于银河系中心的数据信号，射电天文学的序幕从而打开，促进人们了解宇宙起源、生命起源。

“中国天眼”是现如今射电天文学的“重器”。其基本概念是什么呢？大家都了解，平行面无线电波碰到抛物面反射面后会聚集到聚焦点的部位。对射电望远镜而言，把垂直面制成抛物面的样子，随后在聚焦点部位置放一台接收器，就可以汇聚星体传出的无线电波数据信号，进而开展天文学观察。抛物面的总面积越大，汇聚的数据信号就越大，也就越能检测到更暗弱、更漫长的星体。因此 ，自梅帝·央斯基出现意外发觉射电天文学观察对话框以后，世界各国科学家就一直专注于修建垂直面尽量大的超大射电望远镜。

此外，随着人们对无线通信的规模性应用，造成了愈来愈多的电磁波，影响了人们对外太空数据信号的接受。在1993年国际性无线通信交流会上，包含我国以内的好几个我国明确提出提倡，期待在地球上无线电波自然环境被毁坏以前，修建出超大型口径的射电望远镜。第二年，以南仁东老先生为意味着的中国科学家逐渐“中国天眼”的探寻，打开了“把不太可能变为很有可能”的旅途。

难度系数大、提升多，“中国天眼”在灵敏度上占有主阵地

究竟可建口径多少的望眼镜，在于最后寻找多少的低洼。适合的低洼十分难找，因为它要另外合乎四大标准。最先要充足大、充足圆，不然仅仅基坑开挖和锚杆支护成本费便会让这一新项目没法完成；次之，要避开人口密集地区，那样才可以确保优质的电磁波自然环境；再度，不可以存水，要不然机器设备使用寿命无法确保；最终，也要有优质的地质环境标准，不然没法完工大中型、高精密的天文学观察机器设备。

从1994年到2006年，南仁东领着精英团队，从8000多副地形图中挑选出300好几个洼坑，再进一步将范畴变小至几十个。精英团队基本上踏遍这种低洼，现场踏勘，日夜兼程。最后，南皋址定在贵州平塘县克度镇的大窝凼低洼。

台址明确后，怎样设计方案、怎样完成、完工以后怎样调节和应用，也没有现有工作经验能够参考：核心技术无先例可寻、重要原材料需从头开始研发。

“中国天眼”设计方案有别于全世界现有的单口径射电望远镜，这最先反映在“眼底黄斑”和“眼瞳”的设计方案上。“眼底黄斑”指垂直面；“眼瞳”指馈源舱，即置放接受宇宙空间外数据信号设备系统软件的舱体。

做为全球创新，“中国天眼”的“眼底黄斑”是积极垂直面，能够更改样子，一会儿是曲面，一会儿是抛物面。从总体上，这张巨大的移动的“眼底黄斑”是一张由6670根钢缆定编的索网，挂在一个由50根极大钢梁支撑点的直徑500米的地圈梁上；索在网上铺有4450块、380多种多样垂直面模块；索网下边是2225根下钢缆，每一根下钢缆都被固定不动在路面上的作动器上，根据控制作动器，带动下钢缆来更改索网样子，进而对天文学数据信号开展搜集和观察。

“中国天眼”的“眼瞳”即馈源舱，也是一个胆大的开创性设计方案。大部分传统式射电望远镜的“眼瞳”部位是固定不动的，或仅能够调整。“中国天眼”则彻底不一样，选用的是全新升级的轻形索驱动器自动控制系统，这让“中国天眼”的“眼瞳”能够轻松更改视角和部位，更合理地搜集、追踪、检测更丰富的宇宙空间无线电波。

从规模而言，原世界第一大射电望远镜的馈源舱重1000吨重，“中国天眼”馈源舱重仅约30吨。体型小产生各个方面的优点，例如可合理降低激光光路挡住、降低电磁干扰，进而让波束十分整洁，更有益于天文学观察。

“中国天眼”在设计方案上的提升自主创新，为“从工程图纸到实际”的生产制造产生极大挑戰。而解决挑戰的全过程，也恰好是国内精确生产制造持续实现梦想的全过程。例如，要完成垂直面（即索网）可更改样子这世界创新设计方案，规定组成索网的钢缆像弹黄一样有一定弹性，疲劳极限是目前规范的二倍多，国际性上没有疑罪从无；还规定每根钢缆的加工精度要做到1毫米，把传统式规范提高了一个量级。

2年来，专家不断多方位地改善索体加工工艺，一根钢缆要开展200万次疲惫试验。经历了近几百次的不成功后，最后取得成功解决了这一至关重要的问题，完成了3项全球壮举：超大型跨距、极高精密度、积极变位式的索网构造。

基本建设进行以后，“中国天眼”进到调节环节。超大望眼镜调节涉及到天文学、精确测量、操纵、电力电子技术、机械设备、构造等诸多课程，是强交叉科学的应用型科学研究，国际性上传统式大射电望远镜的调节周期时间非常少小于四年。“中国天眼”开辟了新模式，其调节工作中也更具有趣味性。

目前为止，早已完成追踪、飘移、健身运动扫描仪、手工编织扫描仪等，如期完成多功能性调节。在特性调节层面，“中国天眼”直徑500米，却要完成mm级的精密度，难度系数非常大。当今，望眼镜精确测量标准网的精密度已提高至1毫米之内，在其中，灵敏度水准是世界第二大望眼镜的2.5倍，它是中国建造的望眼镜第一次在灵敏度这一主要参数上占有主阵地。此外，19波束早已进行安裝，其实际意义也十分重特大：可将望眼镜视场扩张至原先的19倍，大幅度提高望眼镜的巡天高效率。

“中国天眼”发明专利被应用于好几个行业，不断卵化科学研究新成效

“中国天眼”精英团队敢想敢做，难度系数大、挑戰大，其设计方案、修建的全过程既是克难攻坚的全过程，也是创新能力成效陆续造成的全过程。很多具备在我国独立专利权的发明专利陆续问世并获得运用。例如，极高疲惫特性钢缆构造被运用于大中型运动场馆，高精密索构造生产制造管理体系被运用于珠港澳大桥等基本建设。

在全部生产制造、安裝全过程中还造成了很多国家级别、省部级施工技术。例如，在为“中国天眼”铺装“眼底黄斑”全过程中，4450块反射面模块、6670根钢缆、几万个关节轴承，全是职工们在几十米高处一块块、一根根、一个个组装进行的，容错性为零。这种繁杂施工技术将有利于将来大中型繁杂新项目的精确修建。

可以说，“中国天眼”是一个当代工程项目惊喜，它凝固了20好几个科研院所、上千名科技人员的精力，聚集了几千名一线工人的汗液。修建标准艰难，许多人到当场工作中几日，的身上便会起满红疙瘩。湿冷、冰冷的工棚沒有中央空调或暖气片，每一个人的褥子湿冷得即将挤压水来。经常出现人说，仅有我国才可以制成“超级天眼”，我觉得，制成“超级天眼”所借助的，便是这类永不言败、同心协力的精神实质。

2017年10月，“中国天眼”第一批科学研究成效公诸于众。现如今，根据“中国天眼”数据信息发布的高质量毕业论文现有70余篇；所发觉的脉冲星总数已超出300颗，是同一阶段国际性上全部其他望眼镜发觉总数总数的3倍。为何发觉脉冲星尤为重要？脉冲星是已经迅速转动的中子星，相对密度极高，每立方分米重约上亿多吨。它本身如指路明灯一般透射光辉，每时每刻地扫描仪着宇宙空间；它匀速转动速率迅速、自转周期精准，称得上宇宙空间中最精准的数字时钟。因而，掌握脉冲星，有益于创建“宇宙空间网站导航”，有利于人们在未来完成星际旅行的理想。

下面，“中国天眼”将进一步在低頻引力波检测、快速射电暴发源、星际帝国分子结构等最前沿方位增加探寻，提升世界各国对外开放共享资源，促进重大突破产出率，勇攀全球高新科技高峰期。大家青年一代生物学家也将勤奋“用”好凝固了中国4代生物学家精力的“超级天眼”，造成大量研究成果，促进人们对宇宙空间的探寻和认知能力。

（姜鹏 FAST高级工程师）