创新运维中国天眼,仰望探索宇宙奥秘
Innovative operation and maintenance of FAST that looks up at the unknown sky

被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)是国家“十一五”重大科技基础设施,是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电天文望远镜。2020年1月11日,FAST通过国家验收并投入使用。截至2022年1月的短短两年时间,FAST已经在脉冲星搜索、快速射电暴、中性氢巡天、星际分子搜索等热点天文研究领域取得了一批重大成果和发现,连续多次成为国内外科技进展热点报道话题。FAST正在吸引国内外的一流科技人才和前沿科研课题,并成为国际天文学术交流中心。

在技术方面,FAST独特的工程概念和创新技术开创了以低成本建造巨型射电望远镜的新模式。独一无二的洼地台址、光机电一体化的柔性轻型馈源支撑和主动变形的反射面是FAST的三大创新,使得FAST的工作原理完全不同于传统的射电望远镜。FAST从提出概念到通过国家验收走过了26年的历史,也是南仁东及项目团队的筚路蓝缕和艰苦卓绝创业史。团队人员主要依靠自身和国内的技术力量,克服了诸如洼地选址开挖、超高应力幅耐疲劳钢索、大跨度柔性索牵引并联机器人、远距离高精度测量与控制、动光缆、大跨度设备安装、多波束馈源接收机、望远镜调试等技术难题,涉及多个专业学科与交叉,有力地提升了国内相关领域的科研水平和设备研发能力。独一无二的创新技术同时也意味着FAST运维工作没有成熟经验可供借鉴,同样需要披荆斩棘走出具有自己特色的道路,可能与建设时期一样充满了艰辛和探索。

本期专刊经过同行严格评议,精选了13篇论文,有代表性地展示了FAST团队和合作单位在FAST运维方面的探索和最新重要研究进展。包括对FAST的维护现状进行了综述,介绍了三大创新中主要部件的关键维护技术,分析了索网在大天顶角下的变位策略,并建立了索网实时评估系统,实时监控和确保索网运行的安全性;分析了反射面单元连接机构的力学模型和改进方法以及单元重量估算方法,从而更好地促进反射面单元的安全性和可维护性;也对实现反射面变形的驱动件的大集群作业的故障预测和运行管理进行了探讨。对于馈源支撑,对两级并联机器人的动力学进行了更加精确的建模,对安全性要求极高的索驱动并联机器人中的第一轮退役钢索和索具进行了试验研究,这些试验数据将为望远镜的寿命预测提供重要数据支撑。为了能够保障FAST在低干扰下进行运行,保证观测数据质量,研发了基于陶瓷电容的高压电源电磁干扰滤波器。针对望远镜的核心器件馈源,对FAST多波束单元布局及正交模耦合器进行了探讨。FAST团队也在不断尝试先进化的维护方式,为FAST的安全稳定运行保驾护航。

科学家——南仁东

南仁东(1945年2月—2017年9月),男,满族,吉林辽源人,中国天文学家、中国科学院国家天文台研究员。主要研究领域为射电天体物理和射电天文技术与方法,国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)工程首席科学家兼总工程师。2017年5月,南仁东获得全国创新争先奖;2017年7月,入选为2017年中国科学院院士增选初步候选人。

南仁东1963年就读于清华大学,于中国科学院研究生院获硕士、博士学位,后在日本国立天文台任客座教授,1982年进入中国科学院北京天文台工作。1994年起,南仁东一直负责FAST的选址、预研究、立项、可行性研究及初步设计。作为项目首席科学家、总工程师,南仁东负责编订FAST科学目标,全面指导FAST工程建设,并主持攻克了索疲劳、动光缆等一系列技术难题。2016年9月25日,其主持的FAST落成启用。

2017年9月15日晚,南仁东因病逝世,享年72岁。2017年11月17日,中共中央宣传部追授南仁东“时代楷模”荣誉称号。2018年12月18日,中共中央、国务院授予南仁东同志改革先锋称号,颁授改革先锋奖章。2019年9月17日,国家主席习近平签署主席令,授予南仁东“人民科学家”国家荣誉称号。2019年9月25日,中共中央宣传部、组织部等九部门联合授予南仁东“最美奋斗者”称号。