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        “中國天眼”凝聚中國制造

        2019-09-10 20:25:34洪大禹
        青年生活 2019年7期
        關(guān)鍵詞:中國天眼中國制造創(chuàng)新

        洪大禹

        【摘要】:FAST是世界最大單口徑射電望遠鏡,于2016年9月25日在貴州省平塘縣落成啟用。落成啟用當(dāng)天,習(xí)近平總書記在賀信中指出,500米口徑球面射電望遠鏡被譽為“中國天眼”,是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。它的落成啟用,對我國在科學(xué)前沿實現(xiàn)重大原創(chuàng)突破、加快創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展具有重要意義。

        【關(guān)鍵詞】:FAST、創(chuàng)新、中國制造

        作為世界上最大的單口徑巨型射電望遠鏡,F(xiàn)AST直徑500米,高差173米,從空中俯瞰,就像一口由群山環(huán)抱的“超級大鍋”?!板伱妗薄薮蟮那蚬谛畏瓷涿?“鍋”正中央懸空的“盒子”——饋源艙;支撐“鍋”的無數(shù)道線——索網(wǎng)等支撐結(jié)構(gòu)。一點一面多線,牢牢撐起了這個龐然大物。與此同時,F(xiàn)AST還保持著國際一流的靈敏度和綜合性能。它的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)會隨著天體的移動自動變化,帶動鋼索網(wǎng)上活動的4450個反射面板產(chǎn)生變化,使得FAST保持足夠的靈敏度。

        美國阿雷西博望遠鏡的饋源平臺重達1000噸,幾乎等于用固定軌道把平臺架設(shè)在半空,這樣的設(shè)計有利于饋源的定位,卻縮小了觀測角度。國家天文臺副臺長鄭曉年說,中國“天眼”采取了輕型索支撐饋源平臺方案,把饋源艙減重到30噸,覆蓋天頂角是美國望遠鏡的兩倍,并通過并聯(lián)機器人二級調(diào)整,最終在降低建造成本的同時,實現(xiàn)毫米級高精度定位。

        但可變形的反射面和可牽引運動的饋源艙又帶來新問題,“天眼”信號傳輸用的光纜要能在5年內(nèi)抗6.6萬次拉伸、信號衰減小于0.1dB,而國家標(biāo)準(zhǔn)僅為1000次、0.2dB,國外相關(guān)技術(shù)被封鎖。饋源支撐系統(tǒng)副總工程師潘高峰說,參與研制光纜的是烽火通信科技股份有限公司和北京郵電大學(xué)林中教授團隊。當(dāng)時烽火通信的生產(chǎn)線全部飽和,一條生產(chǎn)線每天產(chǎn)能40千米,每次為生產(chǎn)200米的試驗光纜,來回調(diào)整配方工藝要耽誤兩天。光纜試驗一次周期長達數(shù)月,林中教授不僅為設(shè)計提供大量技術(shù)研究,為確保試驗周期不中斷,除夕夜還堅持去實驗室記錄試驗數(shù)據(jù)。

        “經(jīng)過多次試驗,花費4年時間,最終用在‘天眼’上的動光纜可經(jīng)受反復(fù)彎曲、卷繞和扭轉(zhuǎn)等機械性能和惡劣自然環(huán)境考驗,滿足了設(shè)計需求,但項目預(yù)算的研制經(jīng)費只有300萬元?!?00米口徑球面射電望遠鏡工程總工藝師王啟明說,還有很多參建企業(yè)和科研單位,都首先從社會責(zé)任出發(fā)支持大科學(xué)工程,把經(jīng)濟效益放在其次。

        “天眼”工程是一套復(fù)雜的系統(tǒng)工程,除了反射面、饋源艙和接收機等核心系統(tǒng),還包括龐雜的綜合布線工程和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。“高靈敏度”、“更多來自宇宙的訊息”也意味著海量數(shù)據(jù)存儲和復(fù)雜的計算要求。

        中國“天眼”作為射電天文學(xué)界的重要突破,其對數(shù)據(jù)存儲與計算的需要同樣也是“天文級”的。短期內(nèi)“天眼”的計算性能需求至少需達到每秒200萬億次以上,存儲容量需求達到10PB以上。而隨著時間推移和科學(xué)任務(wù)的深入,其對計算性能和存儲容量的需求將爆炸式增長。

        由曙光公司打造的超算中心的接入,就像是給“天眼”連接上了計算“大腦”,將其探測到的未知信息處理成人類可解讀的內(nèi)容。據(jù)曙光公司總裁歷軍透露,超算系統(tǒng)全部建成后,將以更高效能的數(shù)據(jù)存儲、分發(fā)、計算和分析全力支撐“天眼”高靈敏度、高性能的天文觀測。

        中科院國家天文臺臺長嚴(yán)俊說,中國“天眼”的研制和建設(shè),體現(xiàn)了我國自主創(chuàng)新能力,由最初不到5人的研究小組發(fā)展到上百人的團隊,工程建設(shè)凝聚了國內(nèi)100多家單位的力量,實現(xiàn)了我國大科學(xué)工程由跟蹤模仿到集成創(chuàng)新的跨越,將為我國射電天文多個研究領(lǐng)域和自然科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域提供重大發(fā)現(xiàn)的機會。

        FAST規(guī)模之大、精密度之高、視野之廣,綜合體現(xiàn)了中國高技術(shù)創(chuàng)新能力。其建造工程從前期選址到設(shè)計研發(fā)、后期維護都由中國科學(xué)家完成。FAST選址始于1994年,科學(xué)家們前后考察400余處,最終選定貴州省大窩凼洼地。此后,F(xiàn)AST的創(chuàng)意經(jīng)過10多年反復(fù)錘煉,其間對主動反射面、光機電一體化的饋源支撐系統(tǒng)、高精度的測量與控制、接收機等多項關(guān)鍵技術(shù)開展了長達14年的合作研究,凝聚了來自多家科研單位的眾多中國科學(xué)家的創(chuàng)新研究。

        建成啟用后的FAST,在探測宇宙中的遙遠信號和物質(zhì)方面,將成為對脈沖星、類星體等各種暗弱輻射源進行精密觀測的利器,有助于解答宇宙初始混沌、暗物質(zhì)分布與大尺度結(jié)構(gòu)以及星系演化等領(lǐng)域的謎團。同時,在深空探測、脈沖星自主導(dǎo)航、高分辨率微波巡視和太空天氣預(yù)報等方面,也將發(fā)揮重要作用。除了單向接收宇宙信號之外,F(xiàn)AST也具備提供星際間的深空通訊能力。如果有人類航天器飛到遠至太陽系外緣行星,仍然能夠通過FAST和地球聯(lián)系上。

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