大国重器耀苍穹
——世界最大射电望远镜在三大领域实现突破
光明日报记者 吕慎 齐芳
9月25日，目前世界最大的天文望远镜——500米口径球面射电望远镜（英文简称FAST）在贵州省平塘县克度镇大窝凼村正式落成启用。祖国西南，苗岭深处，从此又添一件大国重器。
FAST工程总工程师兼首席科学家南仁东说，FAST是我国具有自主知识产权的大科学装置，由中国科学家创新设计、研发制造、组织施工，实现了多项技术突破。借助这只“天眼”，科学家将可以巡视宇宙中的中性氢、探索宇宙起源和演化、观测脉冲星、研究极端状态下的物质结构与物理规律、获得天体超精细结构、探测星际分子、搜索可能的星际通讯信号。
设计研发的突破
凭借500米的口径、相当于30个足球场的接收面积，FAST不仅在尺寸规模上创造了新的世界纪录，而且在灵敏度和综合性能上，也登上世界的巅峰。与号称“地面最大的机器”的德国波恩100米望远镜相比，FAST的灵敏度提高约10倍；与排在“阿波罗”登月之前、被评为人类20世纪十大工程之首的美国“阿雷西博”305米望远镜相比，其综合性能提高约10倍。
FAST不仅在面积上空前巨大超越别国，还能够像人类一样，随着天体的移动而转动自己的眼珠——馈源舱，从而更为有效地收集天体所发射的无线电波，这种灵活度令其他射电望远镜望尘莫及。负责设计和研制反射面单元及馈源舱的中国电科总经理樊友山认为，此类大科学装置将会提升整个国家的工业、制造业水平。
FAST不是中国太空战略的秘密武器，它是对全世界开放的，它可以和其他国家目前的射电天文望远镜合作，它还可能成为未来全球二十多个国家合作的1平方公里巨型射电望远镜（SKA）的一部分。
工程技术的突破
据介绍，在工程技术上FAST实现了三大自主创新：一是利用贵州天然的喀斯特洼坑作为台址；二是洼坑内铺设数千块单元组成500米球冠状主动反射面，球冠反射面在射电电源方向形成300米口径瞬时抛物面，使望远镜接收机能与传统抛物面天线一样处在焦点上；三是采用轻型索拖动机构和并联机器人，实现接收机的高精度定位。
其中，FAST的索驱动是目前世界上最大的索牵引并联机构。就像水手扯动缆绳控制风帆一样，FAST通过拉扯钢索网使抛物面变形聚焦。也就是说，FAST并不是静止的“大铁锅”。4450个反射单元组成半球状反射面，面板上密布孔洞。这样能够让雨水流下去，减少风负载，避免水和风的压力；同时，提高透光率，让发射面下能生长植物，避免水土流失。
大数据运算的突破
FAST不仅有世界之最的躯体，而且还拥有一个超级大脑。作为巨型天文设备，其计算性能需求至少需达到每秒200万亿次以上，存储容量需求达到10PB以上。随着观测的深入，FAST对计算性能和存储容量的需求还将爆炸式增长，数据量和计算量“大得惊人”。
“许多天文学家或多或少都曾因数据处理‘无机可用’而叫苦不迭。FAST项目则不存在这个问题。”曙光公司总裁历军介绍说，凭借在高性能计算领域领先的技术实力和丰富的行业经验，曙光承担了支撑FAST运行的后端高性能计算机的研制和建设工作。目前，首期系统已经建成并投入使用，可满足FAST未来一年左右观测数据存储和初步分析处理的需求。
天文研究是典型的数据密集型科学，数据的采集、存储、管理、分析和可视化已成为天文学研究的新手段和新流程。作为继实验科学、理论科学、计算科学之后的第四种科学发现的模式（“第四范式”），“科学大数据”逐渐成为新的科学发现的基础。FAST项目正是超级计算与观天大数据完美结合的典型范例。可以预见，FAST及其配套的超算中心投入使用后，我国贵州FAST所在地将成为国际天文学界又一重要的科研中心。
（光明日报贵州平塘9月25日电）
《光明日报》（ 2016年09月26日 10版）
[责任编辑:徐皓]
