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正在贵州省平塘县建设的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，简称FAST），将于7月3日完成反射面面板安装！
建成后的它将傲视全球无敌手！
贵州省黔南州平塘县大窝凼洼地原貌
安装第一块反射面板（左上，2015年8月2日摄），安装近半（右上，2015年12月16日摄），安装近八成（左下，2016年3月9日摄），安装即将完成（右下，2016年6月29日摄） （新华社记者欧东衢/摄）
400多年前，伽利略首次拿起光学望远镜朝向星空，为人类观测宇宙的奥秘开启了一个窗口。接着人们发现，天体除了能发出可见光外，还会发出电磁波。于是，用来观察、接收和分析深空中电磁波的射电望远镜就成为了天文学家的利器，为人类探索宇宙打开了一扇大门。
20世纪60年代天文物理学取得了4项非常重大的发现：脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射和星际有机分子，这著名的“四大发现”都与射电望远镜密切相关。
物理学告诉我们光波就是波长较短的电磁波，因而射电望远镜和光学望远镜实际上就是同一类工具，它们检测的仅是不同波长的电磁波。这有点像体温计和气温表，它们的差别就是测量温度的不同区域而已。
牛顿反射式望远镜
射电望远镜
射电望远镜的基本工作原理与反射式光学望远镜不会有多大区别，它们都是依靠一块大型反射镜尽可能多地收集远处微弱的电磁波，并使之聚焦到一局部区域，然后记录下来供进一步的分析处理。
世界各国大型射电望远镜的主反射镜尺寸比较
横轴为天体电磁波的波长，纵轴为地球大气层对电磁辐射的非透明度
天球扫描图，1图：可见光波段；2图：21CM中性氢原子辐射；3图：73CM波段
衡量射电望远镜性能的基本指标是空间分辨率和灵敏度，前者决定了区分天空中彼此靠近的射电点源的能力，后者反映了探测微弱射电源的能力。与光学望远镜一样，射电望远镜的分辨率和灵敏度主要决定于它的主反射镜的尺寸。尺寸越大，性能越好。
在过去的几十年中，射电望远镜的主反射镜越做越大，但“大有大的难处”。要把直径几十米大的反射镜安装在高塔上，让它能转动自如并稳定地跟踪天体目标，技术上有许多困难。
如此巨大的主反射镜的自重都在数千吨以上，把它们放置于活动支架上让其转动的这条路根本走不通。
可行的办法是利用天坑似的洼地，先建一个钢结构的圆环，然后把主反射镜球面固定在圆环上。
通俗地讲，FAST像是一口大锅，洼地则是支撑这口锅的锅架。
现在的关键是如何让这块主反射镜可以改变观测方向和跟踪待测的天体。
这就涉及到中国FAST的自主创新的两项核心技术：“馈源支撑系统”和“主动反射面单元”。
改变和控制这个巨形主反射镜的观测方向的秘密全在下图中。
FAST改变观测方向的示意图，图中有两条同心圆弧，馈源沿着内圆弧移动，其中S1点是观测方向
图中，下面大的一条圆弧是主反射镜，上面一条小的圆弧是馈源的活动轨道。当馈源移动到轨道上某一点，馈源与圆弧中心的连线就是反射镜的观测方向，与该轴平行方向入射的电磁波均被聚焦后送到馈源，然后再接受分析处理。
用这种方案来改变观测方向避开了转动巨大主反射镜的困难，损失的是反射镜的有效孔径，一只500米的主反射镜实际上每个时刻只用到了其中的300米孔径。这实在也是无奈，是工程上常常要做的妥协。
千万别以为移动馈源是小事一桩，馈源包括了电磁波接收、波导转换、信号前置处理和电磁屏蔽罩，这个统称为馈源舱。它自重不轻，还要让它在500米空间跨度上做精确移动和定位实属不易。
中国的科学家们为馈源的支撑控制作出了变革式的创新设计：使用6根大跨度柔索，牵引馈源舱做高精度三维扫描运动。与美国305米口径的馈源系统相比，重量由1000吨降至20吨！
该方案解决了诸多技术难题，使馈源舱的动态定位精度达到了毫米级！中国的这台巨无霸射电望远镜的天空覆盖可达到天顶角40度（入射光线与地面法线间的夹角），这个重要指标也远超美国305米孔径的那台射电望远镜。
“主动反射面单元”，这是FAST的另一独创设计。
FAST的25万平方米主反射镜是由4450块六边形反射面单元组成，这些反射面单元都有独立支架并可调节，如下图所示。
FAST的主动反射面单元
当馈源移动到某一确定位置后，球形主反射镜中针对馈源的各有效使用反射面单元会略作调整，实时拟合成一个瞬时抛物面。FAST通过此方案改正了球差，简化了馈源，克服了球反射面的线聚焦造成的窄带效应。
我们简单总结一下：中国的FAST是球面形射电望远镜，其主反射镜的支撑面做成球形，馈源被6根柔性悬索吊挂在离开主反射镜近百米的高空，馈源在同心球面移动时与主反射镜基准面保持等距，其定位精度达毫米级。
而主反射镜做成分布可调单元确保对馈源的每个瞬间形成抛物面，使有效反射面上的所有入射电磁波以点方式聚集于馈源上。从馈源得到的讯号经前置低噪声放大器放大后转换成中频，然后通过悬挂在柔索上的光纤送至讯号处理中心。
中国贵州平塘射电望远镜系统示意图
FAST建成后，会应用在哪些方面呢？
由于FAST对深空电磁波观测上的高分率和高灵敏度，它可参与中国航天工程中的测控系统，把中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至整个太阳系，也可用它来接收深空卫星的通讯数据，把数据的下载速率提高100倍！
FAST也可作为非相干散射雷达接收系统，提供高分辨率和高效率的地球中高层的大气、电离层和地磁场的有关参数，为子午工程（大型空间环境地基监测系统）做出贡献。
这座令世人瞩目的射电望远镜建在中国贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县大窝凼洼地，可是为什么要选择这里来修建射电望远镜呢？
天坑似的洼地与500公尺反射镜地形匹配，减少了施工工程量，大窝凼的喀斯特地质特性可以避免雨水积聚导致灾害发生。大窝凼附近没有集镇和工厂，在5公里半径之内没有一个乡镇，25公里半径之内只有一个县城，远离各类人为电磁污染，这是极为理想的选址。
贵州平塘射电望远镜周边的山寨村民
贵州黔南地区冬暖夏凉，气温长年在20摄氏度左右，大型反射镜面金属材料的热胀冷缩问题容易得到控制，试想一下把它建在华北或东北，一系列的工程问题定会让建设者头疼。北国的冬天，千里冰封、万里雪飘，届时神奇的“天眼”大概也只能闭目冬眠了。
而且黔南地区风速小、风向少变，这点也很关键，否则跨度500米由6根柔性悬索吊挂在100米高空的馈源真会让人心忧！还有一点更为重要，贵州不是地震多发地带，大型精密工程建在四川、云南等地就不太合适。
贵州平塘的布依族民居
面对着独步全球的500米的巨型射电望远镜，怎能不为国家在科学技术上的进步而感到自豪！
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