關于FAST項目運行環(huán)境的影響因子分析及保護建議

摘 要：為了提高深空探測能力，實現(xiàn)國家天文事業(yè)的跨越式發(fā)展，經(jīng)國家發(fā)展和改革委員會立項批準，中國科學院國家天文臺和貴州省人民政府在黔南州平塘縣建設國家九大科技基礎設施之一——500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meters Aperture Spherical radio Telescope，簡稱FAST）。文章主要分析了FAST周邊環(huán)境的主要影響因子對其運行時的影響，同時通過分析提出保護對策建議，為FAST建成后能夠安全運行提供基礎保障，為下一步的保護工作奠定基礎。

關鍵詞：FAST；影響因子；環(huán)境保護

一、FAST基本情況

FAST項目是指由中國國家科教領導小組審議確定的500米口徑球面射電望遠鏡（Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，簡稱FAST）。臺址選定在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的大窩凼洼地，此洼地位于北緯25.647222度，東經(jīng)106.85583度，直徑大約800米。總體位于貴州高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，地勢總體上北高南低，區(qū)域內(nèi)碳酸鹽巖廣泛分布，巖溶峰丘、洼地、落水洞極為發(fā)育，地形起伏不平，低山地形。大窩凼洼地的山梁最高為東南側山頭，標高1201m，洼地的最低點標高841m，最大相對高差達360m。洼地地表巖溶洼地發(fā)育，地形起伏大，坡度較陡，地貌類型簡單，局部山體陡峭，形成陡崖和懸壁。

二、FAST區(qū)位輻射地區(qū)范圍

以FAST望遠鏡為中心，參照電磁波寧靜區(qū)劃分原則：5公里范圍為核心區(qū)，5～10公里為中間區(qū)，10～30公里為邊遠區(qū)。500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）臺址地處貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的天然洼地（地理坐標為東經(jīng)106°51'21″，北緯25°38'50″）。東距平塘縣城51km（地處東經(jīng)106°40'29″～107°26'19″，北緯25°29'55″～26°06'41″之間），南距羅甸縣城27km（地處東經(jīng)106°40'29″～107°26'19″，北緯25°29'55″～26°06'41″之間），北距惠水縣城57km（地跨東經(jīng)106°22′～107°06′，北緯25°41′～26°18′）。

FAST半徑5公里總面積為78.5平方公里，其中包含：（1）平塘縣塘邊鎮(zhèn)4個村和克度鎮(zhèn)5個村，共計1794戶，8097人；（2）羅甸縣沫陽鎮(zhèn)3個村共235戶，1013人。

FAST半徑10公里總面積為314平方公里，其中包含：（1）平塘縣通州鎮(zhèn)1個村（翁崗村），克度鎮(zhèn)11個村，塘邊鎮(zhèn)9個村；（2）羅甸縣沫陽鎮(zhèn)董架社區(qū)10個村；沫陽鎮(zhèn)董當社區(qū)9個村。

FAST半徑30公里總面積為2826平方公里，其中包含：平塘縣內(nèi)通州鎮(zhèn)10個村，克度鎮(zhèn)13個村，塘邊鎮(zhèn)10個村，大塘鎮(zhèn)8個村，牙舟鎮(zhèn)4個村，甲茶鎮(zhèn)9個村。

羅甸縣內(nèi)邊陽鎮(zhèn)35個村，龍坪鎮(zhèn)27個村，沫陽鎮(zhèn)5個村；

惠水縣內(nèi)包括：抵季鄉(xiāng)和羨塘鄉(xiāng)。涉及廣西壯族自治區(qū)：柳州市、河池市、百色市相關地區(qū)。

三、FAST科學意義及影響

為了提高深空探測能力，實現(xiàn)國家天文事業(yè)的跨越式發(fā)展，經(jīng)國家發(fā)展和改革委員會立項批準，中國科學院國家天文臺和貴州省人民政府在黔南州平塘縣建設國家九大科技基礎設施之一—500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meters Aperture Spherical radio Telescope，簡稱FAST）。

大型射電望遠鏡是人類直接觀測遙遠星體，尋找類似太陽系或地球的宇宙環(huán)境，以及潛在智慧生命的重要設施，其科學目標主要是巡視宇宙中的中性氫、發(fā)現(xiàn)新脈沖星、探測星際分子、尋找地外文明等，在航天工程及其他領域具有廣泛用途。

目前，我國單口徑射電望遠鏡有：北京50米口徑輪軌式射電望遠鏡、昆明40米口徑轉(zhuǎn)臺式射電望遠鏡、烏魯木齊25米口徑厘米波射電望遠鏡等，但現(xiàn)存的這些射電望遠鏡已遠遠不能滿足我國天文學研究和探測太空的需求，且與國際著名單口徑射電望遠鏡如：目前世界最大305米口徑的美國阿雷西博射電望遠鏡、澳大利亞帕克斯射電望遠鏡、德國艾弗爾斯貝格射電望遠鏡等差距甚遠。

FAST是世界上正在建造及計劃中的口徑最大的單天線射電望遠鏡，為我國開展“暗物質(zhì)”和“暗能量”本質(zhì)、宇宙起源和演化、太空生命起源和尋找地外文明等研究活動提供重要支持，而且將在我國國防建設和國家安全等方面發(fā)揮不可替代的作用。同時FAST的建設將對貴州經(jīng)濟社會發(fā)展以及科技、教育、旅游、制造、信息等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大推動作用。

四、FAST影響因子分析

雖然即將建成的FAST射電望遠鏡具有龐大的鋼筋鐵骨，但影響其結構安全和獲取高質(zhì)量射電信號的環(huán)境因素眾多，現(xiàn)將這些因素歸納并給出相應的防護措施：

（一）極限氣候，如暴雪、暴雨、大風、冰雹、雷電、酸雨以及地質(zhì)災害等對望遠鏡的損害。

FAST臺址處于亞熱帶濕潤季風型氣候區(qū)，所處洼地具有低風速、冬季少雪和少冰雹的自然條件，無重大自然災害記錄。近40年的溫度資料顯示， 臺址區(qū)冬季最低溫度不低于零下8度，最高在38度左右。積雪最大深度14 毫米，由于臺址區(qū)冬季溫度較高，積雪基本在1天時間內(nèi)融化，其產(chǎn)生壓力在FAST主動反射面面板設計承受范圍內(nèi)。已知臺址區(qū)最大風速12米/秒，設計的FAST饋源支撐系統(tǒng)在8米/秒的風速下仍能正常工作，如果按照天氣預報風力大于8米/秒，將采取降下饋源艙，停止觀測的保護措施[ 1 ]。考慮到臺址區(qū)可能的冰雹災害，必須裝備防雹炮等設施，以避免對望遠鏡結構造成大的損害。雷區(qū)一般在河谷平原土壤導電性較好地域，F(xiàn)AST所在的山區(qū)巖石地貌不易遭雷擊。

由于貴州多雨、多山，很容易產(chǎn)生滑坡、崩塌地質(zhì)災害。氣象局和防震減災局要明確具體的部門和人員負責氣象和地質(zhì)災害預防工作，特別是對FAST核心5公里范圍內(nèi)地質(zhì)災害進一步進行認真調(diào)查，掌握和熟知地質(zhì)災害的類型、范圍、危險程度、威脅對象，在危險區(qū)邊界上設立明顯警示標志，做好監(jiān)測、預報工作，采取綜合治理措施，做好封山育林、水土保持工作，控制和減少泥石流、礦山地面沉陷、滑坡、崩塌、地面沉降等地質(zhì)災害。

（二）無線電干擾

FAST臺址處于貴州喀斯特洼地，人煙稀少，電噪活動水平低，加之周圍山巒的天然電波屏障，十年的無線電監(jiān)測以及近期國際SKA電波環(huán)境檢測結果表明，該臺址為世界上少有的電波寧靜區(qū)之一。 但是由于FAST望遠鏡極高的靈敏度和所要求的70MHz-3GHz連續(xù)寬帶頻率覆蓋，人類活動，例如微波中繼、電視廣播、移動通訊、高壓輸電線路、甚至汽車啟動和個人電腦所產(chǎn)生的微弱輻射，都可能嚴重污染觀測數(shù)據(jù)。在FAST的低頻波段，由于電波的繞射，山地隔離效應變差。同時，在此波段廣播通訊設備成本低廉，主動用戶擁擠不堪，隨著當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，電波環(huán)境惡化趨勢不言而喻。在FAST近3GHz的帶寬內(nèi)，只有少量的窄頻段是規(guī)劃給射電天文的，即使是在劃分給射電天文作為主要業(yè)務的頻率，其它主動業(yè)務的允許雜散干擾也遠遠地超過FAST靈敏度所能容忍的門限值[ 2 ]。

FAST的設計建設需要考慮望遠鏡數(shù)據(jù)傳輸通道與地方有線通訊的兼容，共享頻譜資源。在保護環(huán)境的同時，盡量減少對地方經(jīng)濟發(fā)展的影響。然而，在全球化信息時代，來自空間和地面的電磁輻射與日俱增的趨勢不可避免。在保護電波環(huán)境的同時，需要不斷地發(fā)展望遠鏡抗擾技術，提高望遠鏡對干擾的自身免疫力。另一方面，需要地方無線電管理局做好無線電頻率的劃分、分配與指配，協(xié)調(diào)處理好無線電監(jiān)測、檢測、干擾查處，電磁干擾事宜。

（三）生態(tài)環(huán)境的影響

臺址周邊砍伐林木、地表水系的改道等生態(tài)環(huán)境擾動，會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，造成臺址周圍的地質(zhì)結構不穩(wěn)定，會產(chǎn)生滑坡、泥石流、崩塌等對望遠鏡破壞的地質(zhì)活動。建議通過人工綠化方式進行景觀補償，通過合理布置綠化樹種，綠地上植被的布置要求草、灌、喬木的合理分布，營造立體的綠化空間，有效的防止石漠化和水土流失的出現(xiàn)，進一步防止損壞望遠鏡的地質(zhì)災害的發(fā)生。

根據(jù)國外天文臺望遠鏡周邊生態(tài)環(huán)境的基本情況，建議核心區(qū)森林覆蓋率90%以上，緩沖區(qū)要求70%以上。

（四）固體廢物、廢水、廢氣影響

臺址周邊的固體廢棄物主要為建筑垃圾、建筑棄土、生活垃圾，主要包括廢水泥、石子、泥土、場地清理出來的物料、混合材料等和施工人員的生活垃圾以及產(chǎn)生一定量的泥漿水、生活污水、機械尾氣等。

建議施工期間及時將臺址周邊垃圾清理，不然多雨的天氣必然造成水土流失，破壞FAST臺址的地質(zhì)結構。同時通過施工現(xiàn)場設置污水收集和簡易處理設施，加強施工廢水管理等措施，以防止廢水腐蝕望遠鏡的鋼架結構。只要在FAST完工前采取合理的治理措施，施工三廢不會對望遠鏡的運行產(chǎn)生影響。

（五）噪聲環(huán)境影響

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查分析本項目噪聲原因主要為施工機械及運輸車輛造成的。施工期噪聲源主要包括：開挖土方、基礎結構、構筑物砌筑、場地清理和修理、裝修等使用施工機械的固定聲源噪聲以及施工運輸車輛的流動噪聲聲源。這些噪聲源不同于無線電電磁波，不會對FAST的運行產(chǎn)生影響，并且施工期的噪聲影響是短期的，明年項目建成后，施工期噪聲的影響也就此結束。但建議臺址周邊核心5公里應保持寧靜的自然環(huán)境。

（六）人為因素的影響

FAST射電望遠鏡建成后，人為因素可能是影響FAST正常運行的最關鍵因素，也是最難管理的因素。

一是由于FAST核心區(qū)屬于開放區(qū)域，F(xiàn)AST臺址周圍有執(zhí)法管理人員巡視，能夠及時制止影響FAST運行的人為活動，但是在面積廣大的開放的核心區(qū)，并不能及時有效的阻止，甚至不能發(fā)現(xiàn)這些人為因素的影響，比如使用手機、數(shù)碼相機、汽車發(fā)動機、引起的森林火災、也有可能私自躲避臺址管理人員進入FAST臺址等。這些人為因素的影響，僅靠FAST臺址的監(jiān)測和管理是遠遠不夠的。

二是由于FAST臺址位于平塘、羅甸、惠水縣三縣跨行政區(qū)域交匯處。導致FAST核心區(qū)和面積更為寬廣的緩沖區(qū)來往人員流動密集復雜，這些人員的活動可能將直接對FAST的運行環(huán)境造成影響。據(jù)此建議在FAST核心區(qū)和部分緩沖區(qū)安裝攝像頭和防護設置，對這些重點區(qū)域進行全天候監(jiān)測。同時成立一支綜合執(zhí)法和管理機構執(zhí)施監(jiān)管，對發(fā)現(xiàn)的人為影響及時制止。

三是對游客、各類學術研究活動等安全管理及秩序的維持也是需要大量的人力投入，必須有專職的管理機構及管理機制運行。

五、保護措施建議

1）建議立法保護，并在FAST試運行的同時，法律同步執(zhí)行；

2）建議地方政府設立一個綜合執(zhí)法和管理的機構，工作地長設在FAST半徑10公里內(nèi)。全面履行10公里半徑內(nèi)相關部門的執(zhí)法職能以及進行全面管理。協(xié)助相關部門管理半徑30公里的區(qū)域（該機構可通過整合所轄區(qū)域職能設立）。

3）建議地方政府設立州級FAST運行保障資金，進入財政預算。確保運行所需人力、物力需求。

4）建議地方氣象局、無線電管理局、防震減災局等相關技術部門應在FAST半徑10公里范圍內(nèi)建立預測、預告、防控等機站。以防自然災害對其的影響。

參考文獻：

[1] 彭勃，南仁東，朱文白等.500m口徑球面射電望遠鏡（FAST）可行性報告[C].

[2] 2002中國天文望遠鏡及儀器學術討論會.2002.

作者簡介：

張宇（1986-），男，碩士，研究方向：環(huán)境工程。