500m口径球面射电望远镜(FAST)可行性报告.PDF

彭 勃 南仁东 朱文自 苏彦 朱丽春张海燕 (中国科学院国家天文台北京1130012) 捅 要 接收面积是望远镜最重要的综合能力参数。YC0m口径球面射电望远镜(FAST) 工程概念形成过程中体现了不断的技术创新和多学科交叉。在创新工程首批重大项目支持下， 国家天文台大射电望远镜实验室完成了对FASY主反射面、馈源索支撑等关键技术的可行性实 验。FAST的有效接收面积比现有和计划中的世界最大全可动单天线望远镜提高近一个量级，将 成为世界上最大的单口径射电望近镜。 关键词 射电天文球面望远镜主动技术索驱动模型 射电天文学是利用无线电手段接收宇宙天体辐射、探索宇宙奥秘的科学。1933年卡尔． 央斯基意外发现了来自银河中心的稳定电磁辐射，标志着射电天文学的诞生。近70年来， 射电天文的科学成就令世人瞩目。近代天文学四大发现——类星体、脉冲星、3K宇宙背景 辐射以及星际分子无一不源于射电天文学。射电天文学从它诞生之日起就成为新思想、新发 现的发祥之地，天文学诺贝尔奖的摇篮。在获诺贝尔物理奖的项目中8项涉及天文学，其中 有5项是通过射电天文手段取得的，反映了这一新兴学科的强大生命力。 天文学家联合倡议“大望远镜(LT)”，1999年易名为Ikm2阵SKA即squmKilometer Array。 其目的是建造接收面积为1k矗，覆盖0．2-5GI-Iz(甚至更高)的巨型射电望远镜阵，计划投 测，同时也有明确的科学原动力——不同宇宙距离中性氢的观测。科学界的共识是：只有 SKA，才能在地面及空间电波环境被彻底毁坏之前，使人类真正看一眼原初宇宙，弄清宇宙 的结构是如何形成与演化的。如果失去这一机会，人类只能耗巨资到月球背面去建造同等口 径的射电望远镜，因为那里的银河背景噪声是一样的。SKA既体现了现代科学的想象力，也 具有大的风险，没有科学技术的广泛合作难以实现。 历经8年，500m口径球面射电望远镜(FAST，图2)创新的设计及成功的可行性研究 在国内外天文界形成高显示度。在工程技术方面，FAST项目组提出了创新的主动反射面及 光机电一体化馈源柔性支撑方案。FAST的有效接收面积将比现有和计划中的世界最大全可 动单天线望远镜提高近一个量级，成为世界上最大的单口径射电望远镜。FAST的建成，还 将作为SKA的先导单元，说服国际天文界最终将SKA定位于中国。 ·55· 圈1望远镜Livin妒tmz曲线图 圈2 FAST几何光学图 SKA可分解为30个左右的基本单元，每一单元有效口径200m，以获得高分辨率及快速 成像能力。其单元工程概念(图3)还有荷兰的相位阵(AAT)、加拿大的主动反射面加球载 lens)等。SKA的最终科学决策尚待时 (1999年新提议的)澳大利亚介质球面透镜(1ameburg 日，无论FAST能否最终把SKA引导到中国，它都将是国际上最大单口径的射电望远镜，无 疑会极大地提高我国天文学乃至基础科学研究的总体显示度。 ·56· 圈3一平方千米射电阵(SKA)总体阵列及各种工程概念 100m、固定式球反射面Amclbo305m望远镜，图 图4为目前世界最大的全可动EffelslⅪrg 5为FAST工程方案计算机三维图像。FAST将以贵州喀斯特洼坑作望远镜台址，建造50嘶左 个小球面单元，由促动器控制，在观测方向形成300m口径瞬时抛物面；拟采用光机电一体 化的索支撑轻型馈源平台，加上馈源舱内二次调整装置，在焦点与主动反射面之间无刚性连 接的情况下，实现高精度的指向跟踪；发展现代测量与控制技术，完成主动反射面和馈源在 空间的精确定位。 美国Aivcibo305m(右) 圈5中国FAST总体三维图像 二、FAST科学