FAST建造和調試進展

中國天眼是貴州的驕傲，也是中國的驕傲。下面，中國科學院國家天文臺FAST工程副總工藝師孫才紅研究員告訴我們FAST的建造和調試進展。

FAST從無到有，我見證它整個生產過程，所以非常自豪。

現在FAST對于中國還是世界來說都是比較時髦的，它的誕生，我們看看原動力。一個無意當中的發現，開設了天文觀測方法，為整個人類貢獻了四大成果。第一是脈沖星，脈沖星驗證了中子星的存在。這方面的觀測，甚至比我們現在的各種成績大得多。另外外星際分子對生命起源、星系示蹤體，還有微波背景的輻射，宇宙的碰撞，還有類星體改變了對宇宙的認知。

有了大口徑的望遠鏡，我們可以觀測到更遙遠的宇宙、更早期的天文結果。從這里我們可以研究宇宙的起源、恒星起源以及演化的過程。對于天文學家來說，一直追求的是大口徑的望遠鏡。

從1972年以后，傳統的望遠鏡建設到了100米口徑，但是由于風力的影響和重力的影響，給整個望遠鏡的精度帶來了影響，使得100米口徑的望遠鏡很難突破，我們要通過其他方法實現更大口徑望遠鏡的研制。這樣才能進一步滿足我們天文學家的要求。

對于FAST來說，其實它的原理很簡單。首先看一下，拋物面和球面的切合度。一般傳統的望遠鏡，可以看到紅顏色的部分，紫紅曲線部分還有藍顏色的接收部分，紫紅部分是拋物面，藍顏色就是接收機，望遠鏡就是一個反射面和接收機，形成一個接收系統。作為一個整體我們可以隨機旋轉宇宙中的任何一個天氣，這個望遠鏡就是傳統的望遠鏡形式。我們觀察S2的這個天體，整個下面的曲線是500米的曲線球面，就紫紅色變成了拋物面，它們所接收的天體電磁波集中在這個地方，所以反射面一直是變形的。而接收機在口中時時刻刻運動的，比如說天體從S1到S2，隨著地球運轉我們反射面隨時跟蹤變形，我們接收機在空中是隨時運動的。

這個是FAST整體的原理，并不是很復雜。要建設這個望遠鏡我們要做3個主要的工作。第一是要找一個適合望遠鏡建設的臺子。我們使用的手機都是無線電的信號，選擇這個地方我們希望遠離無線電的干擾源。第二是需要這個地形能適合我們500米口徑球面的，這樣切合度比較高，不然所有望遠鏡投入這個開發都不夠。第三是不存水，喀斯特地貌。第四是地質結構要比較穩定。我們要做到主動變形的反射面，我們如何實現主動變形呢？最終方案我們也討論過分體面板，最后我們采取索網實現反射面。這個索網是安裝在環梁上還是安裝在山體上等等，在這過程當中我們不停對反射面整體進行系列優化，形成了我們現在的最終方案。

我們的望遠鏡跟美國的305米口徑望遠鏡原理是不同的，我們可以看到，其實通過大平臺的方式接收機在軌道運行，如果FAST從這個程度根本達不到。我們通過6臺、6根鋼索拉著接收機，通過長度的改變使得接收機在空中運動。6索的運動達不到我們的精度，我們安裝了角度改變格，我們6臺+6根鐵索，下面的大型索網，索網由一根根下拉索的長度改變決定了整個網反射面形狀的改變，這個是我們的望遠鏡。

那么望遠鏡有多大？其實500米口徑，在我們腦海里是一種數據。事實上我們有一個同事進行了一個計算。它的大小如果裝滿水的話，能夠讓全世界每人有4瓶水。當然這是容積大，實際上反映了望遠鏡整個包括設計、建造過程中的困難和艱辛。

我們的反射面是通過索網變形來實現的，索網是通過鋼索來組裝成的。鋼索因為不停變形它需要提高強度，其實這個鋼索在我們發射立項以后，這個鋼索都沒有能夠得到解決。從當時的工藝各個方面，我們所采購到的這種鋼索，進行了所有的實驗，都無法滿足FAST望遠鏡的使用要求，這時天文界對我們最終是否能夠實現發射都是持悲觀的情緒。一直到最終我們通過反復的實驗失敗，最后形成了這個鋼索，滿足我們使用的要求。所以說這個本身是FAST研制當中的一次危機，而事實上我們度過了一個難關，當時對我們壓力非常大，試驗成功，FAST前景非常好。我們可以看到這是一個下靶的觸動器，整個過程達到這么高的精度，是一個奇跡。

我們圈梁的建設過程，還有反射面，整個反射面安裝非常困難，我們山區無法通過大型的機器安裝，都是這種傳統的方式，圈梁就是堆積木的方式進行安裝。這樣，我們一些建筑的基礎，比如說塔的基礎，圈梁的各個基礎，我們無法通過大型機械來做。如果說在北京或者在我們貴州附近，我們可以通過大型的挖掘機做這個工程。而在這里，我們只能通過人工一點一點打，最深的井達到38米，整個建設過程非常艱辛。

索網建設工程，所有都是在空中建設的。科研支撐塔的安裝過程，整個工程聚集了幾千名工人的辛勤和汗水。竣工以后并不是工程結束了，而是一個新的開始。這是我們的調試工作，我們望遠鏡越大，靈活度越高，但是也帶來了一個新的問題，有代價的。這個代價就是系統的構成非常復雜，設備非常繁雜，它的可靠性各個方面對我們都帶來一些影響。這樣，我們在調試的過程當中，要進行系統的性能整合，有100多名專家參與我們工作，科研機構就有好幾家，第一是工期比較緊張，越早建成我們天文研究越受益，這樣我們通過4個月的調試，使得我們的科研倉可以很自由的伸到空中，按照我們設計的軌道進行運動。包括對于天體的跟蹤，我們的掃描觀測都沒有什么問題。

那么我們把整個的系統調適安裝到我們的設想運動以后，跟蹤天體進行運動。實現了跟蹤以后，當時南老師已經生病了，但是一直關注我們整個進程。我們跟蹤成功以后，他非常欣慰。從天文學界對我們望遠鏡最終能否達到設想的目標很擔憂。在這里，存在很多難點，比如說我們所使用的測量設備是全站儀，受到各種影響，但我們都克服了。

最終我們能夠打造整體的測量基準達到0.1毫米，最高的精度能夠保證在0.1毫米的要求。有了這些調試以后，我們可以達到整個FAST望遠鏡要求的靈敏度，比世界已知的望遠鏡高了很多，是GBT望遠鏡性能的10倍。有了這樣的指標我們可以取得一些觀測成果，包括對于脈沖星觀測，發現90多顆脈沖星候選體，認證了65顆，發現毫秒脈沖星——這是FAST通過跟蹤伽馬射線點源3FGLJ0318.1+0252，首次發現的一顆毫秒脈沖星，然后又通過FAST與費米伽馬射線衛星大視場望遠鏡（Fermi-LAT）的國際合作認證了此次新發現。這些成果我們發表在《中國科學》雜志上。

從我們的感受來說，我們要不忘初心，對我們FAST整體工程人員，我們不僅要建一個最大的望遠鏡，我們要建一個好用的望遠鏡。

我們的初心就是我們的追求、我們的信念、我們的情懷。我們也有很好的希望，希望以后的天文學家們能夠使用好這個望遠鏡，我們也會做好后期保障工作，起到綠葉的作用。

我們也知道，望遠鏡建成以后，我們后續的工作是進一步為天文學家服務，以后我們真正的主角是天文學家們。當然剛才謝校長也說，一旦取得成就，我們工程人員也希望能夠被大家記住，這是我們參加工程建設的人員，他們也像南老師一樣都有20多年的奉獻！（編輯/潘國虎）