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中國超級天眼與貴州地質科技

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  貴州省平塘縣于2016925日,正式啟用具有中國自主知識產權、世界最靈敏、全球最大的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)。該射電望遠鏡有著“中國超級天眼”之稱,將廣泛應用于導航、定位、航天、深空探測等領域,是中國科學院和貴州省人民政府共建的“十一五”國家重大科技基礎設施建設項目,面積達25萬平方米,相當于30個標準足球場。從理論上說,該射電望遠鏡能接收到137億光年以外的電磁信號。有了該望遠鏡項目,中國在未來2030年間,可在最大單口徑望遠鏡項目上保持世界一流地位。中國科學院國家天文臺主持建設FAST項目的周期長達22年,貴州省地質礦產勘查開發局及下屬111地質隊為項目建設提供選址、勘察、監理、監測等全過程的地質科技支撐服務,為項目順利實施提供了堅實的保障。

喀斯特洼坑中建“中國超級天眼”,有何自然條件?

500米口徑球面射電望遠鏡選在貴州省平塘縣克度鎮大窩凼洼地中建設,主要以天然的喀斯特洼坑作為臺址,洼坑內鋪設數千塊單元組成冠狀主動反射面,采用輕型索拖動機構和并聯機器人實現接收機高精度定位,這是中國的自主創新。充分考慮地質環境,利用天然的喀斯特峰叢洼地作為臺址,節省人力物力,其自然條件久經檢驗。喀斯特峰叢洼地是以溶蝕作用為主形成的巖溶地貌,峰腳呈高低不一的塔狀、錐狀,峰叢間有溶蝕洼地(或溶蝕漏斗)的地貌組合,主要分布在貴州高原邊緣的斜坡地帶,以及紅水河、南盤江、北盤江及其一級支流兩側,等等。峰叢洼地里做“天眼”,因其有溶蝕漏斗,雨水很快流掉,而在其他地方挖一個人工坑,費財費力不說,一下暴雨大都變成水的天地。“中國超級天眼”所處的平塘縣雨量充沛,但當地的喀斯特地貌恰恰具備巖石透水性。此處的天然喀斯特地貌正利于排水。

“中國超級天眼”,科技含量在哪?

在“中國超級天眼”之前,世界上最大的射電望遠鏡是美國的阿雷西博(Arecibo300米口徑射電望遠鏡。該望遠鏡是固定望遠鏡,不能轉動,只能通過改變天線饋源的位置掃描天空中的一個約20度的帶狀區域。而“中國超級天眼”的球冠張角達到110~120度。其饋源平臺重達1 000多噸,幾乎等于用固定軌道把平臺架設在半空,這樣的設計有利于饋源的定位,卻縮小了觀測角度。“中國超級天眼”的反射面系統由支撐塔、索網結構和反射面面板等部分組成,其索網結構可以隨著天體的移動變化,帶動索網上的4 450個反射單元,在射電源方向形成300米口徑瞬時拋物面,從而極大地提升觀測效率。而主動反射面讓“中國超級天眼”擁有更廣的觀測范圍。與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠鏡相比,靈敏度提高約10倍。“中國超級天眼”結構雖然復雜,但是走輕量化路徑,成本大大降低了,其索網結構的一些關鍵指標遠高于國內外相關領域的規范要求。例如,主索索長控制精度須達到1毫米以內,主索節點的位置精度須達到5毫米,等等。同時,索網采取主動變位的獨特工作方式,即根據觀測天體的方位,能在500米口徑反射面的不同區域形成直徑為300米的拋物面。“中國超級天眼”饋源艙(即接受最初信號反饋的倉儲)是其接收和回傳信號的最核心部件,整個射電望遠鏡的反射面所接收到的全部宇宙信號,都靠它來收集。“中國超級天眼”在該核心部件采取了輕型索支撐饋源平臺方案,把饋源艙減重到30噸,重量不到美國阿雷西博射電望遠鏡的1/30。“中國超級天眼”覆蓋天頂角是美國阿雷西博望遠鏡的2倍,并通過并聯機器人二級調整,最終在降低建造成本的同時,實現毫米級高精度定位,這些技術很多是有自主知識產權的,而這些由國內頂級企業建造完成。通過“中國超級天眼”,人類可以觀測脈沖星、中性氫、黑洞等這些來自宇宙的信息,甚至有更大機會捕捉外星生命的信號。

“中國超級天眼”的地質科技支撐

“中國超級天眼”項目從立項、選址到建成,歷經艱難。這其中項目研究的科研人員是值得尊敬的,包括廣大地質科技人員在內的科研人員,真正生活在靜默區,默默奉獻。貴州省地質礦產開發局111地質大隊在這個平臺上精彩地書寫了地質工作新篇章,面對常年要奮戰在高山峽谷的野外環境,投入項目的選址、勘察、臺址地質災害巡查及治理設計、臺址穩定性監測等工作,一干就22年,譜寫了一曲新時期地質人的“三光榮”精神贊歌。項目所在地的大窩凼,距離通往平塘縣城的公路有11千米,無法直接用車輛運送鉆探設備、施工管材、抽水設備、水管、實驗設備等到施工現場,只能靠項目組的工人將設備拆成零部件,然后人工肩挑背扛各種零部件到施工現場,再重新進行組裝。項目組成員要仔細查清場地及周邊的斷層、地質構造、地下水環境、地質災害等,要查清場地內每一個地質單元及各種物理和化學指標,巖溶、裂隙、危巖堆積體、崩塌堆積體以及滑坡等不良地質現象,以便為項目建設及設計提供準確的數據、依據及基礎資料。工作中,技術人員勇挑重擔,從不拈輕怕重,越是艱苦越向前沖,從研究分析樣品、查看巖心到查找問題,大家以飽滿的工作熱情、扎實的工作作風、科學嚴謹的態度,取得了優異的成績:順利開展了10余項野外地質工作;先后編寫了10余個項目的設計、報告。承擔項目的地質工作者老少皆有,他們一年當中大部分時間駐守在項目區,或在野外工作,或忙于整理資料,長期遠離親人。一句話,“中國超級天眼”項目的22年,也是這些地質工作者無怨無悔奉獻青春年華的22年。


(作者系《杜鵑花》第四任主編)


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