CHINA|大国重器“中国天眼”( 二 ) 大国重器“中国天眼”|

建设什么样的射电望远镜，在最初的时候有一个考虑。你会发现通过几十年的增长，它的口径最大也不过百米左右，这是因为从它的结构上来讲的话，更大的口径会对它底下的动力学，还有它结构的安全性、结构精度等等有很大的影响。所以很大程度上讲，对于这种望远镜，构型百米似乎就是极限了。
射电望远镜希望达到一个高灵敏度的话，必须要扩展它的面积，怎么办？很多时候，人们会把目光投向美国的Arecibo，这个射电望远镜是在上世纪60年代建立的，通过了两次改造之后，它变成了现在的样子。也很不幸，在去年的时候，它已经彻底告别了我们。但是这个确实是突破百米极限的一个新的概念。

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【CHINA|大国重器“中国天眼”】

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在最早的时候FAST就是参照Arecibo来进行的设计。其实，很多时候看到现在的FAST的样子，都会跟Arecibo 联系在一起。看看下面这张图，是在上世纪95、96年的时候，FAST进行一些立项申请时候的手绘图。从这里看到它几乎就像一个Arecibo 的翻版，只不过把尺度变成了500米口径，仍然考虑是一个球面，上面还是一个线馈。而当时的概念有一个不同的地方，就是国内的科学家非常大胆地想不再用几个固定的钢丝绳，而是用一个活动的钢丝绳去牵引线馈来回的运动——在一个比较大的天区里面进行运动，不再建像他们那样一个那么大的三角形的中间的钢性框架。因为我们发现，如果500米口径的望远镜建成那样子的框架，中间框架要上万吨，根本没有办法建设。

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当考虑到已经可以把上面的部分活动了，那么下一步能不能把下面的反射面也活动一下，就是不再用一个球面的反射面，用抛物面，这可以最大限度地将抛物面中间的信号汇聚到焦点位置。那么如果一个500米口径的望远镜只是一个抛物面的话，就代表我只能接受天区上面一个角度下来的信号，那怎么行。所以又换了一个概念。在300米的尺度范围之内，当选择了合适的焦比，从抛物面到球面的一个变形量是不到半米的。我们能不能去建一个可以实时活动的抛物面，虽然是500米口径，但现在的瞬时的有效的接收面积是300米，就在这300米的范围之内把它从球面变成抛物面，然后最大程度地把这300米范围之内的能量全部接收进来，是不是就可以来实现最新的一个概念。有了当时的一个设计图，底下的反射面可以实时的进行变形，当它变形可以想象500米口径的球面里面，可以变形成无数个300米口径的抛物面，那么这无数个300米的抛物面，它的焦点就会变成一个焦面，焦面会位于整个反射面上方140米到170米，开口口径在206米的一个球冠面。

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钢丝绳牵引变成一个很好用的方式，可以牵引中间的馈源舱在200米的范围之内来进行运动，然后能到达无数个焦点的位置。但是这样的精度需要多高？观测的频段是在70M到3G赫兹，也就是常说的厘米波到米波的一个范围。这样的话对于它的控制精度的要求就要求反射面300米的面型精度要控制在四毫米以内，馈源舱中间的馈源的向心点的精度是需要控制在毫米量级。而现在用的钢丝绳就足足有46毫米的直径，所以也就是说，我现在控制的精度比钢丝绳的直径还要小。