FAST建造和调试进展

中国天眼是贵州的骄傲，也是中国的骄傲。下面，中国科学院国家天文台FAST工程副总工艺师孙才红研究员告诉我们FAST的建造和调试进展。

FAST从无到有，我见证它整个生产过程，所以非常自豪。

现在FAST对于中国还是世界来说都是比较时髦的，它的诞生，我们看看原动力。一个无意当中的发现，开设了天文观测方法，为整个人类贡献了四大成果。第一是脉冲星，脉冲星验证了中子星的存在。这方面的观测，甚至比我们现在的各种成绩大得多。另外外星际分子对生命起源、星系示踪体，还有微波背景的辐射，宇宙的碰撞，还有类星体改变了对宇宙的认知。

有了大口径的望远镜，我们可以观测到更遥远的宇宙、更早期的天文结果。从这里我们可以研究宇宙的起源、恒星起源以及演化的過程。对于天文学家来说，一直追求的是大口径的望远镜。

从1972年以后，传统的望远镜建设到了100米口径，但是由于风力的影响和重力的影响，给整个望远镜的精度带来了影响，使得100米口径的望远镜很难突破，我们要通过其他方法实现更大口径望远镜的研制。这样才能进一步满足我们天文学家的要求。

对于FAST来说，其实它的原理很简单。首先看一下，抛物面和球面的切合度。一般传统的望远镜，可以看到红颜色的部分，紫红曲线部分还有蓝颜色的接收部分，紫红部分是抛物面，蓝颜色就是接收机，望远镜就是一个反射面和接收机，形成一个接收系统。作为一个整体我们可以随机旋转宇宙中的任何一个天气，这个望远镜就是传统的望远镜形式。我们观察S2的这个天体，整个下面的曲线是500米的曲线球面，就紫红色变成了抛物面，它们所接收的天体电磁波集中在这个地方，所以反射面一直是变形的。而接收机在口中时时刻刻运动的，比如说天体从S1到S2，随着地球运转我们反射面随时跟踪变形，我们接收机在空中是随时运动的。

这个是FAST整体的原理，并不是很复杂。要建设这个望远镜我们要做3个主要的工作。第一是要找一个适合望远镜建设的台子。我们使用的手机都是无线电的信号，选择这个地方我们希望远离无线电的干扰源。第二是需要这个地形能适合我们500米口径球面的，这样切合度比较高，不然所有望远镜投入这个开发都不够。第三是不存水，喀斯特地貌。第四是地质结构要比较稳定。我们要做到主动变形的反射面，我们如何实现主动变形呢？最终方案我们也讨论过分体面板，最后我们采取索网实现反射面。这个索网是安装在环梁上还是安装在山体上等等，在这过程当中我们不停对反射面整体进行系列优化，形成了我们现在的最终方案。

我们的望远镜跟美国的305米口径望远镜原理是不同的，我们可以看到，其实通过大平台的方式接收机在轨道运行，如果FAST从这个程度根本达不到。我们通过6台、6根钢索拉着接收机，通过长度的改变使得接收机在空中运动。6索的运动达不到我们的精度，我们安装了角度改变格，我们6台+6根铁索，下面的大型索网，索网由一根根下拉索的长度改变决定了整个网反射面形状的改变，这个是我们的望远镜。

那么望远镜有多大？其实500米口径，在我们脑海里是一种数据。事实上我们有一个同事进行了一个计算。它的大小如果装满水的话，能够让全世界每人有4瓶水。当然这是容积大，实际上反映了望远镜整个包括设计、建造过程中的困难和艰辛。

我们的反射面是通过索网变形来实现的，索网是通过钢索来组装成的。钢索因为不停变形它需要提高强度，其实这个钢索在我们发射立项以后，这个钢索都没有能够得到解决。从当时的工艺各个方面，我们所采购到的这种钢索，进行了所有的实验，都无法满足FAST望远镜的使用要求，这时天文界对我们最终是否能够实现发射都是持悲观的情绪。一直到最终我们通过反复的实验失败，最后形成了这个钢索，满足我们使用的要求。所以说这个本身是FAST研制当中的一次危机，而事实上我们度过了一个难关，当时对我们压力非常大，试验成功，FAST前景非常好。我们可以看到这是一个下靶的触动器，整个过程达到这么高的精度，是一个奇迹。

我们圈梁的建设过程，还有反射面，整个反射面安装非常困难，我们山区无法通过大型的机器安装，都是这种传统的方式，圈梁就是堆积木的方式进行安装。这样，我们一些建筑的基础，比如说塔的基础，圈梁的各个基础，我们无法通过大型机械来做。如果说在北京或者在我们贵州附近，我们可以通过大型的挖掘机做这个工程。而在这里，我们只能通过人工一点一点打，最深的井达到38米，整个建设过程非常艰辛。

索网建设工程，所有都是在空中建设的。科研支撑塔的安装过程，整个工程聚集了几千名工人的辛勤和汗水。竣工以后并不是工程结束了，而是一个新的开始。这是我们的调试工作，我们望远镜越大，灵活度越高，但是也带来了一个新的问题，有代价的。这个代价就是系统的构成非常复杂，设备非常繁杂，它的可靠性各个方面对我们都带来一些影响。这样，我们在调试的过程当中，要进行系统的性能整合，有100多名专家参与我们工作，科研机构就有好几家，第一是工期比较紧张，越早建成我们天文研究越受益，这样我们通过4个月的调试，使得我们的科研仓可以很自由的伸到空中，按照我们设计的轨道进行运动。包括对于天体的跟踪，我们的扫描观测都没有什么问题。

那么我们把整个的系统调适安装到我们的设想运动以后，跟踪天体进行运动。实现了跟踪以后，当时南老师已经生病了，但是一直关注我们整个进程。我们跟踪成功以后，他非常欣慰。从天文学界对我们望远镜最终能否达到设想的目标很担忧。在这里，存在很多难点，比如说我们所使用的测量设备是全站仪，受到各种影响，但我们都克服了。

最终我们能够打造整体的测量基准达到0.1毫米，最高的精度能够保证在0.1毫米的要求。有了这些调试以后，我们可以达到整个FAST望远镜要求的灵敏度，比世界已知的望远镜高了很多，是GBT望远镜性能的10倍。有了这样的指标我们可以取得一些观测成果，包括对于脉冲星观测，发现90多颗脉冲星候选体，认证了65颗，发现毫秒脉冲星——这是FAST通过跟踪伽马射线点源3FGLJ0318.1+0252，首次发现的一颗毫秒脉冲星，然后又通过FAST与费米伽马射线卫星大视场望远镜（Fermi-LAT）的国际合作认证了此次新发现。这些成果我们发表在《中国科学》杂志上。

从我们的感受来说，我们要不忘初心，对我们FAST整体工程人员，我们不仅要建一个最大的望远镜，我们要建一个好用的望远镜。

我们的初心就是我们的追求、我们的信念、我们的情怀。我们也有很好的希望，希望以后的天文学家们能够使用好这个望远镜，我们也会做好后期保障工作，起到绿叶的作用。

我们也知道，望远镜建成以后，我们后续的工作是进一步为天文学家服务，以后我们真正的主角是天文学家们。当然刚才谢校长也说，一旦取得成就，我们工程人员也希望能够被大家记住，这是我们参加工程建设的人员，他们也像南老师一样都有20多年的奉献！（编辑/潘国虎）