500米口徑球面射電望遠鏡(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST),位於中國貴州省黔南布依族苗族自治州境內,是中國國家“十一五”重大科技基礎設施建設項目。
500米口徑球面射電望遠鏡於2011年3月25日動工興建;於2016年9月25日進行落成啟動儀式,該科技基礎設施進入試運行、試調試工作於2020年1月11日通過中國國家驗收工作,正式開放運行。
500米口徑球面射電望遠鏡開創了建造巨型望遠鏡的新模式,建設了反射面相當於30個足球場的射電望遠鏡,靈敏度達到世界第二大望遠鏡的2.5倍以上,大幅拓展人類的視野,用於探索宇宙起源和演化。
基本介紹
- 中文名:500米口徑球面射電望遠鏡
- 外文名:Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope(簡稱: FAST)
- 別名:中國天眼
- 始建日期:2011年3月25日
- 投用日期:2020年1月11日(正式投用)
- 所屬地區:中國貴州省黔南布依族苗族自治州
- 類型:科技基礎設施
- 占地面積:260000 m
- 主管部門:中國科學院
- 法人單位:中國科學院國家天文台
- 總工程師:南仁東
建設運行
建設歷程
觀測運行
建設台址
東經 | 北緯 | ||
---|---|---|---|
106°50′55″ | 106°52′02″ | 25°38′48″ | 25°39′36″ |
參考資料: |
主要目標
建設目標
科學目標
總體建設
建設內容
主要建設內容 | |
---|---|
台址勘察與開挖 | 勘察台址工程地質和水文地質條件,開挖清理窪地,使其滿足望遠鏡建設的需要。 |
主動反射面 | 建設8895根鋼索和4450個反射單元組成的球冠型索膜結構,口徑約500米,球冠張角120度,變形拋物面的均方差為5毫米 |
饋源支撐 | 建設公里尺度的鋼索支撐體系,在饋源艙內安裝並在線上器人用於二級調整,最終調整定位精度為10毫米。 |
測量與控制 | 建設窪地中基準網和基準站,雷射全站儀和GPS測量系統,百米距離測量精度2毫米。採用匯流排及多層控制技術實現數千點自動控制和望遠鏡協調運行。 |
接收機與終端 | 根據FAST科學目標,工作頻率覆蓋70兆赫至3吉赫。研製饋源(其中包括19波束多波束饋源)、低噪聲致冷放大器、寬頻帶數字中頻傳輸設備、高穩定度的時鐘和高精度的頻率標準設備等。配置多用途數字天文終端設備。 |
觀測基地建設 | 建立望遠鏡觀測室、終端設備室、數據處理中心、各關鍵技術實驗室、辦公樓和綜合服務體系等;用以對數據進行接受、傳輸、處理、存儲等。 |
參考資料: |
系統構成
系統名稱 | 系統介紹 |
---|---|
望遠鏡總控系統 | 用於協調和控制各子系統,監測各部件運行狀態,排除故障,收集、記錄運行數據,並提供統一時間標準,使望遠鏡能按計畫進行天文觀測。 |
饋源支撐整體控制系統 | 作為500米口徑球面射電望遠鏡中樞,主要功能為饋源支撐測量數據處理、天文軌跡規劃、饋源支撐整體控制和系統校時。 |
主動反射面控制系統 | 根據天文軌跡規劃和測量數據,通過調整促動器的伸長量來控制反射面節點位置,形成位置和面型準確的拋物面。 |
參考資料: |
結構設計
結構設計 | |||
---|---|---|---|
反射面 | 反射面單元 | ①反射面單元主要由面板單元、背架、調整裝置、連線機構等組成。 ②通過促動器和索網的主動控制在觀測方向形成300米口徑瞬時拋物面以匯聚電磁波,從而實現天文觀測。 ③反射面總面積為25平方米,其中反射單元總計4450塊。 | |
地錨 | 地錨是促動器的基礎,也是萬源街反射面實現變位工作的基準。 | ||
索網 | 總體 | ①索網結構是500米口徑球面射電望遠鏡的主動反射面的主要支撐結構,是反射面主動變位工作的關鍵點。 ②索網可採取主動變位的獨特工作方式,根據觀測天體的方位,利用促動器控制下拉索,在500米口徑反射面的不同區域形成直徑為300米的拋物面,以實現天體觀測。 | |
圈樑 | 圈樑是索網的支承結構,包括承台基礎、格構柱及環梁。 | ||
艙停靠平台 | 艙停靠平台位於主動反射面中心底部,是饋源艙安裝、人港停靠、維護、檢測平台,也是安裝、更換索驅動纜索的平台。 | ||
液壓促動器 | 反射面液壓促動器在上位控制系統的控制下,通過液壓促動器活塞桿的伸縮來實現精確定位、協同運動,通過調整下拉索下端的位置,從而間接同步調整索網節點位置,實時實現滿足擬合精度的300米口徑瞬時拋物面,實現天文觀測的跟蹤、換源等要求。 | ||
饋源 | 索驅動 | ①由驅動機各構、導向機構、纜索裝置、控制系統、設備基礎及其他供附屬設施組成。 ②實現了饋源艙輕型化的目的,突破了傳統射電望遠鏡中饋源與反射面相對固定的剛性支撐模式,極大地降低了饋源支撐結構的重量和尺寸,減少了對射電望遠鏡無線電波的遮擋 | |
饋源艙 | 饋源艙即安放饋源系統的艙體,主要包括星形框架、AB軸機構、多波束接收機轉向裝置艙罩和其他附屬設施。 | ||
饋源支撐塔 | ①500米口徑球面射電望遠鏡的饋源支撐系統的主體承載結構,是鋼索承載和驅動的依託支架,並為塔頂導向滑輪提供足夠剛性的支撐平台,保證驅動鋼索能夠牽引饋源艙在預定軌跡上運動。 ②饋源支撐塔包含六基鋼管塔,塔頂承載數十噸量級周期性緩慢變化的鋼索拉力。六基鋼管塔高度均超過100米,饋源支撐塔共有24個塔腿基礎,分為嵌固式基礎和樁基礎兩種,其中樁基礎最大埋深為36米。 | ||
其他 | 測量基墩 | ①500米口徑球面射電望遠鏡的測量與控制系統的主體建築。 ②通過在大窩凼窪地內建造24個伸出反射面的基墩,為高精度測量儀器提供穩定可靠的安裝平台,完成對反射面節點位置和饋源艙位姿測量,為反射面和饋源支撐控制提供測量數據。 | |
觀測基地 | 為500米口徑球面射電望遠鏡提供建設、運行和維護基礎保障。 | ||
線路線纜 | 是500米口徑球面射電望遠鏡的神經網路,是所有指令信號、數據傳輸、動力傳輸的通道,是FAST高效運行的保障。 | ||
參考資料: |
技術指標
技術指標 | |
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占地面積 | 260000平方米 |
球反射面 | 半徑:300米,口徑:500米,球冠張角:110至120度 |
照明口徑 | 300米 |
焦比 | 0.467 |
天空覆蓋 | 天頂角:40度,可跟蹤時間:4至6小時 |
工作頻率 | 70兆赫至3赫茲 |
靈敏度(L波段) | 天線有效面積與系統噪聲溫度至比:200平方米/開,系統噪聲溫度:20開 |
多波束(L波段) | 19個 |
換源時間 | <10分鐘 |
跟蹤精度 | 8" |
參考資料: |
建設成果
技術難題
- 建設難題
- 技術突破
- 技術創新
- 科技創新
科研表彰
技術名稱 | 所獲獎項 |
---|---|
《500m口徑球面射電望遠鏡超大空間結構工程創新與實踐》 | 2015年度中國鋼結構協會科學技術獎特等獎 |
2016年度北京市科學技術獎一等獎 | |
《500MPa應力幅耐疲勞高精度索網關鍵技術的研究與套用》 | 2016年度廣西壯族自治區科學技術獎技術發明獎一等獎 |
《大芯數、超穩定、彎曲可動光纜關鍵技術研究及產業化》 | 2017年度貴州省科學技術進步獎二等獎 |
《500m口徑射電望遠鏡柔性並聯索驅動系統技術及裝備》 | 2018年度遼寧省科學技術進步獎一等獎 |
《大跨度結構技術創新與工程套用》 | 2019年度中國國家科技進步獎二等獎 |
參考資料: |
榮譽表彰
項目名稱 | 所獲獎項 |
---|---|
FAST工程諮詢項目 | 2018年度菲迪克工程獎 |
500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)工程 | 2017年度中國建築金屬結構協會第十二屆第二批中國鋼結構金獎 |
2017年度貴州省住房和城鄉建設廳貴州省黃果樹杯優質工程獎 | |
2018年度貴州省優秀工程勘察設計評選委員會貴州省優秀工程勘察設計獎一等獎 | |
2018年度英國結構工程師學會傑出結構大獎 | |
2018至2019年度中國建築業協會中國建設工程魯班獎(國家優質工程) | |
2019年度中國勘察設計協會行業優秀勘察設計獎“優秀工程勘察與岩土工程”一等獎 | |
2020年至2021年度第十八屆中國土木工程詹天佑獎 | |
參考資料: |
數據成果
文化特色
- 宣傳影片
- 教育基地
- 紀念郵品
郵品圖片 | 郵品介紹 |
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中國集郵總公司製作。編號:PFTN·KJ-38;規格:220mm×110mm 封、戳設計:趙恩重;發行量:10萬枚; 貼射電望遠鏡個性化郵票,票銷“500米口徑球面射電望遠鏡竣工紀念 2016.9.25 北京”紀念郵戳; 封蓋“貴州平塘2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
貴州省集郵分公司製作。規格:230mm×120mm; 貼個性化郵票,票銷“500米球面射電望遠鏡竣工紀念2016.9.25中國·平塘 FAST”紀念郵戳; 封蓋“貴州平塘2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
航天集郵網製作。編號:HTJY-F135; 規格:175mm×125mm;設計:蔣慶平、張海寧;印量:500枚;票銷“500米 球面射電望遠鏡竣工紀念 2016.9.25中國·平塘 FAST”紀念郵戳; 封蓋“貴州平塘 2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
上海航天集郵研究會製作。編號:SHJ-F83; 規格:220mm×110mm; 設計: 許大舟; 票銷“500米球面射電望遠鏡竣工紀念2016.9.25 中國·平塘 FAST”紀念郵戳; 封蓋“貴州平塘 2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
廣東省社科院專家工作室策劃製作。編號:GDSKLZ2016-01; 規格:175mm×125mm;設計:范漢通、范達韜;印量:100枚; 票銷“500米球面射電望遠鏡竣工紀念2016.9.25中國·平塘FAST”紀念郵戳; 封蓋“貴州平塘2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
啟用“貴州航天集郵研究會成立一周年紀念”郵資明信片,用圖是500米口徑球面射電望遠鏡早期建設圖片。 規格:183mm×100mm; 蓋銷“500米球面射電望遠鏡竣工紀念2016.9.25中國·平塘FAST”紀念郵戳; 加蓋“貴州平塘2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
極限片主圖是500米口徑球面射電望遠鏡竣工圖片,郵票為500米口徑球面射電望遠鏡個性化郵票; 規格:148mm×100mm; 蓋銷“貴州平塘 2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
貴州省集郵分公司製作。郵折用“天眼”、“天書”、“天坑”再現了平塘的三大奇觀 | |
貴州省集郵分公司製作。主票圖為太陽鳥,副票四枚為射電望遠鏡不同時期的圖片 | |
貴州省黔南州郵政函件局發布。規格:193mm×100mm | |
2017年9月17日,中國郵政發行了一套名為《科技創新》的紀念郵票,總計一套5枚,其中為以500米口徑球面射電望遠鏡為主題製作而成;該郵票杜鈺凱設計,遼寧省瀋陽郵電印刷廠印製。 | |
參考資料: |
價值意義
套用價值
發展推動
觀測運行
建設台址
東經 | 北緯 | ||
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106°50′55″ | 106°52′02″ | 25°38′48″ | 25°39′36″ |
參考資料: |
主要目標
建設目標
科學目標
總體建設
建設內容
主要建設內容 | |
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台址勘察與開挖 | 勘察台址工程地質和水文地質條件,開挖清理窪地,使其滿足望遠鏡建設的需要。 |
主動反射面 | 建設8895根鋼索和4450個反射單元組成的球冠型索膜結構,口徑約500米,球冠張角120度,變形拋物面的均方差為5毫米 |
饋源支撐 | 建設公里尺度的鋼索支撐體系,在饋源艙內安裝並在線上器人用於二級調整,最終調整定位精度為10毫米。 |
測量與控制 | 建設窪地中基準網和基準站,雷射全站儀和GPS測量系統,百米距離測量精度2毫米。採用匯流排及多層控制技術實現數千點自動控制和望遠鏡協調運行。 |
接收機與終端 | 根據FAST科學目標,工作頻率覆蓋70兆赫至3吉赫。研製饋源(其中包括19波束多波束饋源)、低噪聲致冷放大器、寬頻帶數字中頻傳輸設備、高穩定度的時鐘和高精度的頻率標準設備等。配置多用途數字天文終端設備。 |
觀測基地建設 | 建立望遠鏡觀測室、終端設備室、數據處理中心、各關鍵技術實驗室、辦公樓和綜合服務體系等;用以對數據進行接受、傳輸、處理、存儲等。 |
參考資料: |
系統構成
系統名稱 | 系統介紹 |
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望遠鏡總控系統 | 用於協調和控制各子系統,監測各部件運行狀態,排除故障,收集、記錄運行數據,並提供統一時間標準,使望遠鏡能按計畫進行天文觀測。 |
饋源支撐整體控制系統 | 作為500米口徑球面射電望遠鏡中樞,主要功能為饋源支撐測量數據處理、天文軌跡規劃、饋源支撐整體控制和系統校時。 |
主動反射面控制系統 | 根據天文軌跡規劃和測量數據,通過調整促動器的伸長量來控制反射面節點位置,形成位置和面型準確的拋物面。 |
參考資料: |
結構設計
結構設計 | |||
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反射面 | 反射面單元 | ①反射面單元主要由面板單元、背架、調整裝置、連線機構等組成。 ②通過促動器和索網的主動控制在觀測方向形成300米口徑瞬時拋物面以匯聚電磁波,從而實現天文觀測。 ③反射面總面積為25平方米,其中反射單元總計4450塊。 | |
地錨 | 地錨是促動器的基礎,也是萬源街反射面實現變位工作的基準。 | ||
索網 | 總體 | ①索網結構是500米口徑球面射電望遠鏡的主動反射面的主要支撐結構,是反射面主動變位工作的關鍵點。 ②索網可採取主動變位的獨特工作方式,根據觀測天體的方位,利用促動器控制下拉索,在500米口徑反射面的不同區域形成直徑為300米的拋物面,以實現天體觀測。 | |
圈樑 | 圈樑是索網的支承結構,包括承台基礎、格構柱及環梁。 | ||
艙停靠平台 | 艙停靠平台位於主動反射面中心底部,是饋源艙安裝、人港停靠、維護、檢測平台,也是安裝、更換索驅動纜索的平台。 | ||
液壓促動器 | 反射面液壓促動器在上位控制系統的控制下,通過液壓促動器活塞桿的伸縮來實現精確定位、協同運動,通過調整下拉索下端的位置,從而間接同步調整索網節點位置,實時實現滿足擬合精度的300米口徑瞬時拋物面,實現天文觀測的跟蹤、換源等要求。 | ||
饋源 | 索驅動 | ①由驅動機各構、導向機構、纜索裝置、控制系統、設備基礎及其他供附屬設施組成。 ②實現了饋源艙輕型化的目的,突破了傳統射電望遠鏡中饋源與反射面相對固定的剛性支撐模式,極大地降低了饋源支撐結構的重量和尺寸,減少了對射電望遠鏡無線電波的遮擋 | |
饋源艙 | 饋源艙即安放饋源系統的艙體,主要包括星形框架、AB軸機構、多波束接收機轉向裝置艙罩和其他附屬設施。 | ||
饋源支撐塔 | ①500米口徑球面射電望遠鏡的饋源支撐系統的主體承載結構,是鋼索承載和驅動的依託支架,並為塔頂導向滑輪提供足夠剛性的支撐平台,保證驅動鋼索能夠牽引饋源艙在預定軌跡上運動。 ②饋源支撐塔包含六基鋼管塔,塔頂承載數十噸量級周期性緩慢變化的鋼索拉力。六基鋼管塔高度均超過100米,饋源支撐塔共有24個塔腿基礎,分為嵌固式基礎和樁基礎兩種,其中樁基礎最大埋深為36米。 | ||
其他 | 測量基墩 | ①500米口徑球面射電望遠鏡的測量與控制系統的主體建築。 ②通過在大窩凼窪地內建造24個伸出反射面的基墩,為高精度測量儀器提供穩定可靠的安裝平台,完成對反射面節點位置和饋源艙位姿測量,為反射面和饋源支撐控制提供測量數據。 | |
觀測基地 | 為500米口徑球面射電望遠鏡提供建設、運行和維護基礎保障。 | ||
線路線纜 | 是500米口徑球面射電望遠鏡的神經網路,是所有指令信號、數據傳輸、動力傳輸的通道,是FAST高效運行的保障。 | ||
參考資料: |
技術指標
技術指標 | |
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占地面積 | 260000平方米 |
球反射面 | 半徑:300米,口徑:500米,球冠張角:110至120度 |
照明口徑 | 300米 |
焦比 | 0.467 |
天空覆蓋 | 天頂角:40度,可跟蹤時間:4至6小時 |
工作頻率 | 70兆赫至3赫茲 |
靈敏度(L波段) | 天線有效面積與系統噪聲溫度至比:200平方米/開,系統噪聲溫度:20開 |
多波束(L波段) | 19個 |
換源時間 | <10分鐘 |
跟蹤精度 | 8" |
參考資料: |
建設成果
技術難題
- 建設難題
- 技術突破
- 技術創新
- 科技創新
科研表彰
技術名稱 | 所獲獎項 |
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《500m口徑球面射電望遠鏡超大空間結構工程創新與實踐》 | 2015年度中國鋼結構協會科學技術獎特等獎 |
2016年度北京市科學技術獎一等獎 | |
《500MPa應力幅耐疲勞高精度索網關鍵技術的研究與套用》 | 2016年度廣西壯族自治區科學技術獎技術發明獎一等獎 |
《大芯數、超穩定、彎曲可動光纜關鍵技術研究及產業化》 | 2017年度貴州省科學技術進步獎二等獎 |
《500m口徑射電望遠鏡柔性並聯索驅動系統技術及裝備》 | 2018年度遼寧省科學技術進步獎一等獎 |
《大跨度結構技術創新與工程套用》 | 2019年度中國國家科技進步獎二等獎 |
參考資料: |
榮譽表彰
項目名稱 | 所獲獎項 |
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FAST工程諮詢項目 | 2018年度菲迪克工程獎 |
500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)工程 | 2017年度中國建築金屬結構協會第十二屆第二批中國鋼結構金獎 |
2017年度貴州省住房和城鄉建設廳貴州省黃果樹杯優質工程獎 | |
2018年度貴州省優秀工程勘察設計評選委員會貴州省優秀工程勘察設計獎一等獎 | |
2018年度英國結構工程師學會傑出結構大獎 | |
2018至2019年度中國建築業協會中國建設工程魯班獎(國家優質工程) | |
2019年度中國勘察設計協會行業優秀勘察設計獎“優秀工程勘察與岩土工程”一等獎 | |
2020年至2021年度第十八屆中國土木工程詹天佑獎 | |
參考資料: |
數據成果
文化特色
- 宣傳影片
- 教育基地
- 紀念郵品
郵品圖片 | 郵品介紹 |
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中國集郵總公司製作。編號:PFTN·KJ-38;規格:220mm×110mm 封、戳設計:趙恩重;發行量:10萬枚; 貼射電望遠鏡個性化郵票,票銷“500米口徑球面射電望遠鏡竣工紀念 2016.9.25 北京”紀念郵戳; 封蓋“貴州平塘2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
貴州省集郵分公司製作。規格:230mm×120mm; 貼個性化郵票,票銷“500米球面射電望遠鏡竣工紀念2016.9.25中國·平塘 FAST”紀念郵戳; 封蓋“貴州平塘2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
航天集郵網製作。編號:HTJY-F135; 規格:175mm×125mm;設計:蔣慶平、張海寧;印量:500枚;票銷“500米 球面射電望遠鏡竣工紀念 2016.9.25中國·平塘 FAST”紀念郵戳; 封蓋“貴州平塘 2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
上海航天集郵研究會製作。編號:SHJ-F83; 規格:220mm×110mm; 設計: 許大舟; 票銷“500米球面射電望遠鏡竣工紀念2016.9.25 中國·平塘 FAST”紀念郵戳; 封蓋“貴州平塘 2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
廣東省社科院專家工作室策劃製作。編號:GDSKLZ2016-01; 規格:175mm×125mm;設計:范漢通、范達韜;印量:100枚; 票銷“500米球面射電望遠鏡竣工紀念2016.9.25中國·平塘FAST”紀念郵戳; 封蓋“貴州平塘2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
啟用“貴州航天集郵研究會成立一周年紀念”郵資明信片,用圖是500米口徑球面射電望遠鏡早期建設圖片。 規格:183mm×100mm; 蓋銷“500米球面射電望遠鏡竣工紀念2016.9.25中國·平塘FAST”紀念郵戳; 加蓋“貴州平塘2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
極限片主圖是500米口徑球面射電望遠鏡竣工圖片,郵票為500米口徑球面射電望遠鏡個性化郵票; 規格:148mm×100mm; 蓋銷“貴州平塘 2016.09.25.11克度支局”郵戳 | |
貴州省集郵分公司製作。郵折用“天眼”、“天書”、“天坑”再現了平塘的三大奇觀 | |
貴州省集郵分公司製作。主票圖為太陽鳥,副票四枚為射電望遠鏡不同時期的圖片 | |
貴州省黔南州郵政函件局發布。規格:193mm×100mm | |
2017年9月17日,中國郵政發行了一套名為《科技創新》的紀念郵票,總計一套5枚,其中為以500米口徑球面射電望遠鏡為主題製作而成;該郵票杜鈺凱設計,遼寧省瀋陽郵電印刷廠印製。 | |
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