500米口径球面射电望远镜

500米口径球面射电望远镜

——世界最大单口径射电天文望远镜

工程投资额：6.27亿

工程期限：2007年——2014年

上图为目前全球最大的射电望远镜——位于美国波多里格的Arecibo305米口径天线，天顶扫描角20°。Arecibo天文台和它巨大的望远镜系统始建于1963年，由美国国防部投资建设，它是目前世界上灵敏度最高的宇宙监听系统，能够接受和分辨出来自数百万光年以外的宇宙电磁信息。Arecibo望远镜自建成以来可谓出尽风头，1974年该望远镜在宇宙深处发现了一个双生中子星系统，两名科学家利用这一发现成功验证了爱因斯坦著名的重力波理论，并借此研究成果获得了1993年的诺贝尔奖。当Arecibo望远镜巨大的天线系统作为外景出现在影片《接触未来》和007系列影片《黄金眼》后，它壮美的景观至今还让全世界的观众记忆

犹新。不过与影片中所做的描述不同，Arecibo望远镜真正用于外星生命研究项目所占用的探测时间其实还不到整个系统工作时间的1%。

五年后，在贵州省平塘县克度镇一片名叫大窝凼的喀斯特洼地中，将架起能够探寻和接受可能存在“地外文明”信息的目前世界上最大单口径射电天文望远镜—500米口径球面射电望远镜。

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，此项目将采用中国科学家独创设计，利用贵州独特喀斯特地形条件和极端安静的电波环境，建造一个500米口径球面射电天文望远镜。500米口径的反射面由约1800个15米的六边形球面单元拼合而成。此方案改正了球差，简化了馈源，克服了球反射面线焦造成的窄带效应。利用贵州南部独特的天然喀斯特洼坑可大大降低望远镜工程造价。

FAST项目具有3项自主创新：利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址；洼坑内铺设数千块单元组成500米球冠状主动反射面；采用轻型索拖动机构和并联机器人，实现望远镜接收机的高精度定位。全新的设计思路，加之得天独厚的台址优势，FAST突破了望远镜的百米工程极限，开创了建造巨型射电望远镜的新模式。

台址的选定十分关键，要考察的因素很多，如气候、气象、土地利用、无线电环境、地质、人口、经济、劳动力、电力、交通、通信、网络、土地等，因为其中任何一项对今后的运行都会产生影响。贵州省平塘县这一喀斯特地区发育的洼坑，就像一个天然的巨碗，刚好盛起望远镜约20万平方米的巨型反射面。建成后的望远镜将会填满整个山谷。大窝凼不仅具有一个天然的洼地可以架设望远镜，而且喀斯特地质条件可以保障雨水向地下渗透，而不在表面淤积，腐蚀和损坏望远镜。此外，还有极端宁静的自然环境，由于无线电环境对射电望远镜影响极为重要，项目地址半径5公里之内必须保持宁静和电磁环境不受干扰。大窝凼附近没有集镇和工厂，在5公里半径之内没有一个乡镇，25公里半径之内只有一个县城，是最为理想的选择。

它将拥有约30个足球场大的接受面积，建成后将成为世界上最大的单口径射电天文望远镜。与其他望远镜不同，它既不是架在山顶，也不遨游太空，而是在贵州一片喀斯特洼地中立足，犹如一只巨大的“天眼”，探测遥远、神秘的“天外之谜”。

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。

此项目总投资6．27亿元，建设期为5年，2008年12月26日在贵州平塘正式开工。项目法人为中国科学院国家天文台。它的建设将形成具有国际先进水平的天文观测与研究平台，探寻被称为21世纪物理学最大之谜的“暗物质”、“暗能量”本质，为中国开展宇宙起源和演化、太空生命起源和寻找地外文明等研究活动提供重要支持。

FAST在基础研究领域和国家重大需求方向的意义

FAST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。能用一年时间发现约7000颗脉冲星，研究极端状态下的物质结构与物理规律；有希望发现奇异星和夸克星物质；发现中子星——黑洞双星，无需依赖模型精确测定黑洞质量；通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波；作为最大的台站加入国际甚长基线网，为天体超精细结构成像；还可能发现高红移的巨脉泽星系，实现银河系外第一个甲醇超脉泽的观测突破；用于搜寻识别可能的星际通讯信号，寻找地外文明等等。

FAST在国家重大需求方面有重要应用价值。把我国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘，将深空通讯数据下行速率提高100倍。脉冲星到达时间测量精度由目前的120纳秒提高至30纳秒，成为国际上最精确的脉冲星计时阵，为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟。进行高分辨率微波巡视，以1Hz的分辨率诊断识别微弱的空间讯号，作为被动战略雷达为国家安全服务。作为“子午工程”的非相干散射雷达接收系统，提供高分辨率和高效率的地面观测；跟踪探测日冕物质抛射事件，服务于太空天气预报。

FAST研究涉及了众多高科技领域，如天线制造、高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理、超宽带信息传输、海量数据存储与处理等。FAST关键技术成果可应用于诸多相关领域，如大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量、大型工业机器人研制以及多波束雷达装置等。FAST的建设经验将对我国制造技术向信息化、极限化和绿色化的方向发展产生影响。

FAST的系统构成

射电天文望远镜通常由三个主要部分构成：汇聚电磁波的反射面、收集信号的接收机以及指向装置。 FAST在贵州喀斯特洼地内铺设口径为500米的球冠形主动反射面，通过主动控制在观测方向形成300米口径瞬时抛物面；采用光机电一体化的索支撑轻型馈源平台，加之馈源舱内的二次调整装置，在馈源与反射面之间无刚性连接的情况下，实现高精度的指向跟踪；在馈源舱内配置覆盖频率70MHz—3GHz的多波段、多波束馈源和接收机系统；针对FAST 科学目标发展不同用途的终端设备；建造一流的天文观测站。

FAST项目进展情况

FAST的预研究历时13年，1993年国际无线电联大会上，包括我国在内的10国天文学家提出建造巨型望远镜计划。自1994年，我国天文学家提出在贵州喀斯特洼地中建造大口径球面射电望远镜的建议和工程方案，它是我国射电天文学家根据国际大环境、我国特有的地理条件、国内外合作、和工程团队不断探索，逐步研究和提出来的。这一研究工作得到了国际天文学界的广泛支持，目前我国经济实力、制造能力、天文学发展、方案设计、地质条件等许多方面都达到了可以建造这样一个大射电望远镜的条件和能力。

建造如此巨大的射电望远镜国际上没有先例，很多技术更是要靠我们自己钻研和解决，特别是在选址、主动反射面设计、馈源（注：馈源可理解为抛物面天线的焦点处设置的一个收集卫星信号的喇叭式装置）支撑系统优化、馈源与接收机及关于测量与控制技术等方面，面临巨大课题和挑战，只有这些问题解决了，才能动手建造。自1994年起，中国科学院国家天文台等20多所科研院所和知名高校，开展了对FAST的长期合作研究，同时FAST被列入首批国家知识创新工程重大项目。通过10多年的探索，完成了预研和优化研究两个环节，具备了建造世界上最大的射电望远镜的科技实力。

2007年7月10日，国家发展和改革委员会原则同意将FAST项目列入国家高技术产业发展项目计划（发改高技[2007]1538号文件），要求抓紧开展可行性研究工作，在条件具备后上报可行性报告。