中国天眼通过验收中国天眼顺利通过国家验收，
1月11日，被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）通过国家验收正式开放运行，成为全球最大且最灵敏的射电望远镜。
2颗，11颗，43颗，93颗，102颗……从2017年10月“中国天眼”首次发现2颗脉冲星，到11日召开的国家验收会上公布已发现102颗脉冲星，它两年多来发现的脉冲星超过同期欧美多个脉冲星搜索团队发现数量的总和。
中国天眼是中国科学家的创举，是体现“中国智造”的大国重器。FAST是大科学工程，系统庞大，中国电科承担了其中关键的两大系统——反射面单元、馈源舱及舱停靠平台的研制工作。FAST的性能，与这两大系统息息相关。
美丽天眼的“千变万化”：4450块反射面单元组成一口巨大的变形金锅葱绿的群山环抱着直径500米的天眼，植被茂密的青山是自然的宠儿，而银白色的铝合金“大锅”则是科学家和工程师们创造的奇迹。在这里，自然与科学水乳交融，共同构成震撼人心的画面。
“这口大锅，由4450块反射面单元组成，每块单元又由100块直径大约1.1米的面板子单元拼装而成。看起来只是庞大的数量，但是实际上，从研发到生产到拼装，每一个细节都闪耀着科技的光辉。” 网络通信子集团54所FAST反射面系统总设计师郑元鹏说。
FAST项目的反射面板是用平面去装配球面。郑元鹏介绍，直径500米的球面要拆解成一块一块的平面子单元，子单元的大小是有讲究的，并非拍脑袋就能决定。太大了，拼装成的球面就不够平整圆润，太小了，就会成倍增加施工的成本和难度。经过反复测算，最终子单元设定为边长1.1米左右的三角型。
反射面单元并非是“铁板一块”，而是布满了密密麻麻的有规则的孔洞。“这些孔洞的直径是5毫米。这也是经过反复测算的。再大就会影响无线电波的接收，再小就会影响透光、透水和防风性能，也会增加面板的重量。”郑元鹏说。
要想用平面装配出完美的球面，对面板生产和拼装的精度控制就至关重要。“面板的材质是铝合金，其生产精度要控制在1.5毫米以内。可是，不管什么材质都是有自身重量的，经过力学分析和实验证明，面板铆接成形后的重力变形量在1.35毫米左右，给加工的变形余量只有0.15毫米，这在实际生产中很难实现。如何克服自重带来的变形，我们想了很多种办法。”FAST反射面总工艺师张万才说，“经过多方尝试，我们发现，在200公斤左右的力作用下，面板会向外扩张零点几毫米。在这个力的作用下，把面板铆接成形，当把外力撤掉时，面板上就形成了拉应力。它就不会变形了。”为此，张万才带来工艺师专门设计了一个工装，通过扳手螺旋加力把拉应力固化下来。“这样成功率很高，此后在平面度这个环节上几乎没有废品了。”
“拼装精度也很重要。要想使球面平滑，每块面板单元的拼装精度要控制在2毫米内。”郑元鹏介绍，“100块面板子单元拼装出的，是一个完美光滑的抛物面。通过调整螺丝的高度，用螺丝的升降，有效的调整曲率，从而达到精度要求。”
此外，4450块反射面单元根据在望远镜球面中的位置和功用不同，共有431种类型，而每个单元的100块基础面板又分为7种类型。不同类型的面板子单元，虽然形态、大小各异，但是肉眼上根本看不出差距。这对他们的管理提出了很高的要求。
据悉，54所用了11个月的时间，按期完成了反射面研制生产和拼装任务。
“这么大口径的反射面，在世界上是前所未有的。FAST不仅是一口超级大锅，还是一口史无前例的变形金锅。众所周知，球面是不能反射信号的。我们的反射面单元安装在像蜘蛛网一样覆盖的索网上，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。”郑元鹏指出。
围绕观天巨眼，有六座近百米高的支撑塔，高耸入云。塔顶垂下六条柔性钢索，将椭圆形的馈源舱吊在半空的“锅心”处。“如果说FAST是观测深空的巨眼，那么，馈源舱就犹如这只眼睛的巨大瞳孔。”54所FAST馈源舱总设计师李建军说。
“馈源舱处于每个抛物面的焦点位置，其作用就是聚焦反射面收集到的信号，实现科学家高灵敏度的太空观测。反射面要根据观测的天体运动变形，抛物面的形状变了之后，焦点的位置就发生了变化，馈源舱位置必须跟着动。”李建军介绍，根据FAST可变形的抛物面形状，馈源舱有一个移动的范围，它将在直径206米，距地140米-180米的空间范围内移动。
馈源舱虽然看起来像悬挂在大锅中的一枚果子，但实际上，它是一个直径13米、高6米的庞然大物。“大锅变形的时候，如何实现柔性悬挂下瞬间移动到焦点，并保证馈源舱里的接收机纹丝不动，这对我们提出了极高的要求。”李建军说，经过千锤百炼的试验，李建军团队最终确定通过两级精密调整实现接收机静位在毫米级，从而实现舱移动如风，但接收机自岿然不动。“第一级调整主要是从宏观上弥补大尺度的移动。第二级通过精密的二级调整将接收机稳定到毫米级。”
此外，馈源舱从设计和性能上一直在优化，与美国Arecibo300米射电望远镜相比，不仅其重量大大减轻，而且具有很高的屏蔽功能。
美国Arecibo300米射电望远镜馈源舱系统总重量为1000吨，如果延用相同的方案，那么FAST馈源舱的重量至少在3000吨。但实际上，FAST馈源舱重量仅仅是30吨。重量减轻了，性能却不能降低，同时还要满足柔性移动的要求。难度可想而知。
由于馈源舱是一个集多种技术于一体的光机电一体化综合系统，因此不可避免的会有很多电磁信号的辐射。“如果不能屏蔽这些信号，就会与收集到的宇宙信号混杂到一起，科学家将无法进行分离。”李建军及其团队将FAST做到了160db（分贝）的指标要求，而美国Arecibo300米射电望远镜的屏蔽指标则是120db。
“慧眼”看天外，观天巨眼通过国家验收正式开放运行，这个据说能够看到宇宙边缘的中国天眼，相信一定能够开启人类探索宇宙奥秘和外星生命的新纪元！