大国重器“中国天眼”

王铁柱

　　概念是有了，下面就是怎么建设它。在2006年的时候正式立项了，从1994年到2006年，经历了12年才把项目算是立项，可以开始建设了。我们的建设单位是国家天文台。科学目标主要是脉冲星、中性氢，还包括空间飞行器的测控等等方向的一些应用。

　　但是当实际开始建设的时候已经到了2011年，即使在开始建设的时候，还是遇到了很多的问题。首先是选择地点，从1994年提出这种概念开始，南老师就开始了寻找能够建设500米口径射电望远镜的地方，当时他找到了遥感所的聂乐平老师。聂老师是贵州人，所以他知道在云贵山区有很多的喀斯特地貌。天然的喀斯特地貌，水会渗透到下面形成暗河暗流将水流走。所以首先那个地方不会积水，还有，它会像一个个坑一样，望远镜建设的地方就是一个天然的大坑。

王铁柱

　　还需要一个很好的射电环境，那边的整个的电磁波的影响要对射电望远镜的影响比较小，本底噪声越低越好，这样相对来说就能探测更暗弱的信号。我们观测的频段刚好是包括手机信号的频段、飞机的频段，各种各样的频段，非常尴尬。就要找一个相对来说无人区的地方。FAST在的这个地方，当时周边是非常荒凉的，只有12户人，离外面的最小的一个镇，建完路之后还得有十几公里，最早的时候连路都没有，贵州政府后来又建了很多的路，做了很多的基建，才能够开始建设射电望远镜。

　　基于这些情况，得到了一个天然的大坑，减少了建设成本同时它有很好的射电环境，周围没有手机基站，五公里都是一个射电禁区。同时它还有很好的一个地下的环境，这种地质环境能够让一些积水可以自动地渗下去，毕竟云贵那边的雨水也非常的多。十几年我们找到了最完美的一个坑。

王铁柱

　　在建设过程中又发现了很多问题。有一个问题是可以将球面变成一个抛物面，但是现实太骨感了，怎么让它变？前期做了非常多的实验，考虑用怎么样的一个面板，三角形的、四边形的，来组成这样的一个球面。还有中间要用什么样的方式拉，是用一个钢性的连接还是柔性的连接等等不同的方式，包括从运动、动力学，还有控制、耗能等等方面，我们集合起来，最后选择了一个方案，柔性的方案。就是现在看到的FAST方案。建设了一个直径500米的圈梁，底下有50个柱子。在这圈梁上面搭一个索网，等于是用一个大大的圈梁兜住了一个网兜，可以想象一个柔性的网兜变成一个球面。底下在每一个球面的网兜的节点处，都有一个下拉索往下拉，下拉索底下还会佩戴一个促动器。所以说，要用一个网兜的形式把它编织成中间都是三角形的形状，而每个三角形的各个节点的地方还会有很多的下拉索把它撑开。当整个撑开，受力控制之后，就会变成一个球面，同时受力变化之后就会变成一个抛物面。

王铁柱

　　这个概念说起来的话，就像这样子一个动图，看起来也很简单，但是在设计中又发现了，这样子的一个索网里面用到了6000多根钢索，每一根钢索大概11米的长度，需要在500兆帕的应力幅循环次数200万次才能够满足使用要求。但是在零几年的时候，这种标准是国际最高标准的2.5倍，没有任何一家厂家能提供这样的钢索。在那个时候确实是非常犯愁的一件事情。怎么办？我觉得特别真实的一个事情，很多大型工程在建设过程中，同样见证着国家的制造能力的提升。为了这个钢索，国内的厂家跟着我们一起做研发，实验了无数次的钢索，做了很多的实验，最后专门为FAST花了两年的时间研制了这样的钢索。

王铁柱

　　这样才有了现在看到的反射面。在这样的一个反射面里面，用到了一个直径500米的圈梁，里面用到了6670根主索，节点上有2225根下拉索，佩戴着2225根促动器。仍然困难的地方是，建成液压站然后分布来进行液压，还是要单独的一根一根液压驱动器。考虑到不可能因为一根促动器坏了之后我们就不工作，所以每一根促动器都会有一个油缸，这样子如果有任何的问题，只影响一个节点。后面还会去找，到底促动器的某一根坏了之后，会不会影响整体的一个变形，变形精度能不能满足要求。

王铁柱

　　这是促动器，现场看到的促动器的照片，设计非常的好，建设更美。这是促动器的一个图，你看底下的一个个基墩这样排过去，每一个会有个编号。在野外的建设中，从我们的设计单位、制造单位、建设单位，包括我们的测量单位一起来合作，把这些我们觉得很美好的一个设计变成了一个现实。

　　还有一个在FAST中应用的很有意思的，经常提到的并联机器人。先看看这一个视频。用六根绳索要牵引一个馈源，我们是用六根绳索通过受力的一个设计，让它牵引到140米的高空中来进行运动，可以大范围的200米范围之间运动。同时舱里面还会有一个并联机器人，来实时进行运动，有点像一个机头，怎么动它底下都是能够保证它的精度的。而这两个配合在一起的精度，就可以在200米的范围之内达到十毫米小球的控制精度了。在FAST介绍中，经常都会说到并联机器人。

王铁柱

　　下面说说我们的接收机。FAST建得再漂亮，看起来再宏伟，你最终是为了接收信号。而射电信号怎么接收，就需要有接收机，刚刚提到的并联机器人底下就放着很多接收机。这也是一个很有意思的点，刚刚开始设计的时候会用九套接收机，频段从70兆到3G赫兹，但是在十几年的过程中会有很多的变化。后来我们跟国外一起合作，做了一个低频宽带接收机，覆盖了我们原来三套接收机。进行了很多的一些设计的重组，因为整个的尺寸还有要求等等都不一样，经历了很多折腾，折腾完之后我们发现真好。FAST最早的一批科学成果都来于这个低频接收机。还有一台接收机是在L频段，手机原来的频段，还有现在的航空也都在这个频段，1G到2G的频段，是FAST现在发现最多脉冲星的频段。

王铁柱

　　还有一个是测量，在野外的测量其实跟室内的不太一样。最早的时候觉得毫米级的测量能有多难，随便一个全站仪之类的都是亚毫米级或者更高精度的测量精度了。但是到室外就完全不一样了，室外的话会有大气的影响，各方面影响会更多，然后会发现太难了。然后做了各种融合GPS，然后还有惯导，包括全站仪，各种测量各种融合来进行做。居然做到了绝对精度一毫米，这也是世界上最高的一个测量精度。因为有了这样的测量精度来保证，现在FAST的定位精度达到了十毫米的量级，而反射面板经过了这种实时标定的话，也是精度达到了四毫米的一个面型精度，这保证了FAST整个的精度水平。

　　在FAST中，会有很多的很新鲜的东西，在建设过程中会见证很多奇迹的产生，而这些奇迹也很有意思的是，还应用在了很多其他的地方，见证了这些奇迹带给中国的制造业，还有整个设计能力的提升，也见证了这些提升带来的后面的一些影响。比如说，我刚刚提到的6000多根钢索，它是为了FAST而生，后来它用在了港珠澳大桥的建设当中。

王铁柱

　　FAST提出是在上世纪90年代，已经20多年前了，那时候概念真是太大胆了。在这过程中，从设计过程，到建设过程，其实很多的技术理论还很多空白，工业基础远远不够强大，其实就是靠着一股觉得怎么样都能建成、怎么样都能想办法那种猛劲来做的。当然这里面除了自己团队100多号人以外，其实也要非常感谢国内的很多高校和研究所，以及很多的工业单位来一起去迈过了这些坎儿，一起实现了FAST。所以，FAST的实现其实是有天时地利，更有人和。

　　从2016年建成，到2017年开始调试，2019年4月份的时候通过了工艺验收，所有指标都满足了最初的设计指标。听起来用了15个月完成了调试好像很长，但其实国际惯例一般在四年左右，等于缩减了那么多的时间而且还一次性的达到了设计标准，所以在设计的验收、包括最终的国家验收中，都给予了非常高的评价。

王铁柱

　　非常万幸的是，现在已经收获了340余颗的脉冲星，而且还发表了一些高水平的论文，更多的开始发表在国内的期刊上面，我们本身的目的就是为了国内的天文学家能够有一个自己的观测时长。

　　FAST也得到非常多的荣誉，所以作为建设者来讲的话，我们会觉得很有意思。最初像是被忽悠进了这个大坑以后，经过了天马行空的设想，到最终被誉为“国之重器”。在设计之初的时候，我们参与项目之初的时候，只是会觉得臣服于它的设计来到这个团队。中间很多次也会迷茫，觉得到底能不能建成这样一个望远镜，到最后建成，然后到它的整个的设计指标的达成的时候，觉得好像质疑声少了一些。因为大家的目光是在这几年才接触到FAST，所以没有听过那么多的质疑声，但是我们是在质疑声中长大的，就像总工姜鹏说的，我们做工程虽然讲究的是奉献，但是做好工程是尊严。出成果了作为建设团队来讲，好像是已经算是完成任务了，但是其实我们的任务还更加的艰难和更加的繁琐。