如果现在你站在月球上打电话，凭借着一口直径500米的“大锅”，在地球上也能收到你的信号。它就是中国耗费22年打造的国之利器-500米口径球面射电望远镜，又称中国天眼（FAST）。在南老的带领下，我们的科研工作者们耗时22年建成了目前世界上口径最大的天文望远镜，其不仅比比美国的阿雷西博天文台上的射电望远镜大，而且整体技术先进一流。很多网友应该听过天眼的大名，但是其具体由哪几部分构成、在建造过程中遇到了哪些难题，以及建成的这口“大锅”到底有多牛呢？

01 中国天眼的组成

科技是国之利器，大科学装置无疑是利器的锋刃，是当之无愧的国之重器。射电望远镜就是接收天空中从天文射电源发出的无线电波的无线电接收机。今天我们就了解一下，南老耗费22年心血打造这款国之重器。简单来说，天眼由主动反射面系统、馈源系统、测量与控制系统、终端及观测基地等几大部分构成。其中主动反射面系统是一个直径达到500米的曲面、传导器以及承重的索网结构组成；馈源系统由馈源舱和支撑系统构成。反射面包含4450块反射面单元组成，每一个单元又是由100块边长约1.1米的正三角形面板组成，所以整个主动反射面系统共包括445000块正三角形结构。

根据在反射曲面中的位置和功能的不同，4450块反射面单元分为431种类型，而每个单元的100块基础面板又分为7种类型。将这些三角形面板拼接在一起，面积超过230000平米，超过了30个标准足球场的面积；索网系统包含6670根主索，2225个主索节点连接着相同数量的下拉索，整个索网总重量约为1300余吨。馈源系统包括一个直径13米、高6米，重30吨的馈源舱、6个独立的支撑系统等组成，支撑系统负责将馈源舱吊起来，并且能够让这个30吨的庞然大物能够在直径207米，距地140米-180米的空间范围内移动。

研究团队还首次提出并联宏/微机器人概念，宏观机器人系统负责馈源舱的大范围跟踪，精度控制在50厘米以内；微观机器人为6自由度Stewart平台，实现馈源4mm的精确定位。其工作原理与阿雷西博天文台相似，通过反射曲面的反射，将平行的电磁波反射到馈源舱，从而做进一步的解读。这个庞然巨物在生产和组装的过程中又遇到了那些难题呢？

02 中国天眼建造之难

为了将天眼建成世界一流的射电望远镜，南仁东总工程师花了12年的时间来给FAST找落脚点，而这十年的寻址之路是南老和同事用脚踩出来的，最后在300余处选址中，选定了贵州一个天然的喀斯特洼地，选择这个地方的好处就是利用地貌和地势的优势，把雨水对中国天眼的影响降低至最小，因为雨水基本不会积存。

虽然这个坑的位置比较好，但是这也导致了供应商生产难度的提高，以及施工队施工难度的增加。首先，所有的零部件是几乎是通过人力运送到站址的，因为站址在人迹罕至的偏远地区。所以蹩脚的交通极给零部件的运输带来了极大的不便。另外，4450块反射单元又被分成100块小的正三角形面板，除了反射面板之外，把整个“锅盖”拖起来的索网，也被分割成了包含2250个主索节点的6670根主索。小的反射面板表面反射层仅有1毫米厚，但是拼接而成的直径500米的抛物面，整体的平面精度误差仅为2.5mm。因为天眼整体外形呈抛物线形式，所以这就注定了每一块面板的形状、弯曲角度是不一样的；而主索长度控制精度须达到1毫米以内，主索节点的位置精度须达到5毫米以内。其中，索构件疲劳强度不得低于500兆帕，相当于国际规范定值的2.5倍。因此，它被视为当今世界跨度最大、精度最高的索网结构。

这就要求供应商必须严格按照标准来生产出合格甚至是品质更优的零部件。一件两件的小批量生产，或许还比较容易解决，但是中国天眼的零部件完全就是大量需求、但是几乎每个产品的规格又不同，所以只能一个一个零部件地抠。高精度还造成了施工难度，四万多块反射单元、无数根索网不仅要求组装的严丝合缝，而且反射面板的反射层的厚度仅为1mm，所以根本无法承重任何一位施工人员直接地踩踏，所以施工人员为了将每块面板装在最精确的位置上，还开创性地模拟了一把“太空环境”下的施工。这项创新技术叫“微重力蜘蛛人”，使用一个直径7.6米的氦气球将运维人员的体重减少到反射面板能承受的重量，使得人员能够到达反射面任意地方执行巡检和维护作业。这种状态对施工人员的施工精度提出了更高的要求，因为脚踏实地的工作状态肯定会更轻松。

最后再说一下中国天眼“堆积木”的组装顺序，首先搭建馈源舱的支撑塔，其次搭建索网结构，然后拼接中国天眼的这口大碗，最后将馈源舱放置到位。其实由于种种原因不便，天眼的“碗底”是在馈源舱升空以后，才给补上的。虽然零部件的生产和组装过程极为困难，不过一丝不苟的中国工程师交了一份完美的答卷。很多网友可能感觉这只是基础工业产品的生产和组装，与高精尖的技术相比，根本不足为道。不过万丈高楼平地起，正是这些不起眼的基础工业，才让我们在更多的领域获得了突破。耗费了巨大的人力和物力打造的中国天眼，现在处于什么水平呢？

03 中国天眼世界一流

首先，中国天眼比美国阿雷西博天文台上的射电望远镜大，前者直径500米，后者仅有305米。不过中国天眼的创新之处并不仅仅是大，中国天眼领先后者一代。

很多小伙伴不了解，阿雷西博天文台是一台固定的射电望远镜，而我们的天眼却是一个“变形金锅”。反射面单元覆盖在像蜘蛛网一样的索网上，索网的每个节点都连接一个促动器，需要观测某一区域的时候，促动器会带动相关的反射面单元在大锅上形成一个直径300米的抛物面，就好像是大锅上的一个小碗。当观测区域变化的时候，促动器会随之带动反射面单元形成千变万化的“小碗”，扩大观天的范围，提高信号的接收广度。当然，此时馈源舱也会跟着移动。最后，中国天眼也是目前世界上调试最快的天文射电望远镜。截止到2020年11月，中国天眼已经发现了240颗脉冲星。在这里科普一下，脉冲星是体积为太阳8倍的星体，爆炸后遗留下来的物质。一块咖啡白砂糖大小的脉冲星，重达几亿吨。脉冲星每秒旋转数千次，是宇宙内最精确的时钟，它可以提供一个极端物理条件的太空实验室。专业人士认为，FAST将在未来10至20年内保持世界一流设备的地位。通过研究分析中国天眼收集的信号，未来北斗卫星的功能或将更上一层楼、东风导弹也可能获得百里穿杨的命中精度。不幸的是，2017年，具备划时代意义的中国天眼完工仅仅1年后，南老因为肺癌突然恶化治疗无效而逝世。所以一项项技术的突破，总有默默无闻的民族脊梁为我们披荆斩棘，让我们致敬那些默默无闻却又负重前行之人。