FAST工程进展及展望

李会贤，南仁东†

①中国科学院国家天文台， 北京 100012；②中国科学院射电天文重点实验室，南京 210008

FAST工程进展及展望

李会贤①②，南仁东①②†

①中国科学院国家天文台， 北京 100012；②中国科学院射电天文重点实验室，南京 210008

中国正在建设的“十一五”国家重大科技基础设施建设项目——500 m口径球面射电望远镜(FAST)将成为世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜, 它有望在中性氢巡视、脉冲星搜索、国际VLBI网联测及地外生命搜寻等重要前沿领域取得突破。首先对FAST工程的建设内容及科学目标进行了总体介绍，随后重点叙述了截至2015年5月工程建设的最新进展, 最后对FAST工程的发展做出了展望。

射电天文；单口径射电望远镜；FAST

1 FAST工程的主要建设内容及科学目标

FAST是一架直径500 m，利用贵州现有的喀斯特洼坑为台址，反射面能主动变形的球面射电望远镜。与国际上已有的巨型单口径射电望远镜相比，它有三项主要创新：(1)利用天然的适于射电望远镜建设的贵州喀斯特洼坑作为台址；(2)利用主动变形反射面，在观测方向上形成300 m口径瞬时抛物面汇聚电磁波，并在地面改正球差，实现宽带和全偏振观测；(3)使用轻型索拖动馈源支撑系统和并联机器人，实现接收机的高精度定位及跟踪[1]。FAST的3D显示与几何光路图如图1所示，其总体技术指标见表1。

表1 FAST的总体技术指标

图1 (a) FAST的3D显示；(b) FAST几何光路图

FAST可以看作是一个主焦馈电、天顶角0～40°的射电望远镜。因在大多数情况下，其主反射抛物面外围有球面金属反射面，使FAST与常规射电望远镜相比地面的漏损小，使得馈源照明角可适当加宽，并以此来提高观测灵敏度。另外，主反射面的主动变形能力也给焦面场优化和馈源设计提供了更多的灵活性。全新的设计思路和得天独厚的台址优势使FAST突破了全可动射电望远镜的百米工程极限，开创了建造巨型射电望远镜的新模式，并将实现射电望远镜在中国的跨越式发展。

1.1 FAST的主要建设内容

FAST的主要建设内容包括台址勘察与开挖、主动反射面、馈源支撑、测量与控制、接收机和观测基地等[3]。其系统构成如图2所示。下面对各系统进行简要介绍。

图2 FAST系统构成框图

(1)台址勘察与开挖系统。建设内容主要包括：勘察台址工程及水文地质环境；开挖洼地，清理土石方量超过100万m3；进行大量的地质灾害防护、边坡治理以及在洼地底部建造一条约1.2 km的泄洪通道。

(2)主动反射面系统。建造口径500 m、张角110°～120°的球冠型索膜结构。反射面背架由约6 670根钢索编制成4 450个尺度约11 m的三角形索网构成，三角形索网上面铺设反射面单元面板。由2 225个液压促动器通过下拉索驱动索网节点，使单元面板位移来完成反射面主动变形以达到汇聚电磁波的目的[4]。

(3)馈源支撑系统。在洼地周边约600 m圆周的山峰上，建造6个112～172 m高的钢管支撑塔，安装6套公里尺度的钢索柔性支撑体系及其导索、卷索机构，以实现馈源舱的一级空间位置调整。重约30 t的馈源舱内安装AB轴转向机构和并联机器人用于二级调整，以实现馈源的10 mm空间定位精度[5]。

(4)测量与控制系统。包括23个毫米级精度基准站组成的测量基准网、总网布线、馈源舱、反射面测量与控制以及望远镜总体控制，该系统可实现对望远镜的实时测量与控制。

(5)接收机与终端系统。研制7套接收机低噪音前端，覆盖70 MHz～3 GHz的频率范围。核心为L波段的19波束和270～1 620 MHz的宽带低噪音前端。研制低噪声制冷放大器、宽频带数字中频传输设备、高稳定度和高精度的频率标准设备及多用途数字天文终端设备。

(6)观测基地建设系统。主要用于支持望远镜的观测、运行和维护，包括建设望远镜观测室、终端设备室、数据处理中心、各关键技术实验室，以及办公、生活等辅助用房。

1.2 FAST的科学目标

作为一个关键技术指标处于国际前沿的天文观测设备，FAST蕴藏着巨大的发现机遇，具有对天文学产生重大影响的潜力。FAST的科学目标涵盖了广泛的天文学内容，从宇宙初始混浊、暗物质、暗能量与大尺度结构，到星系演化、恒星类天体，乃至太阳系行星与邻近空间事件等的观测研究，它都具有绝对的竞争力。FAST建成后将实现中国射电天文学从追赶到领先的跨越。FAST将回答的科学问题不仅是天文的，也是面对人类与自然的，它潜在的科学产出也许今天还难以估量。FAST的主要科学目标为巡视宇宙中的中性氢、观测脉冲星[6]、主导国际VLBI网低频观测、探测星际分子，以及搜寻可能的星际通信信号。

2 FAST工程进展

自1993年中国天文学家提出在贵州喀斯特峰丛洼地建造LT(大射电望远镜)阵列的建议起[2]，经过14年的艰苦预研，FAST的工程概念逐渐清晰。FAST项目于2007年7月得到国家发展和改革委员会批复立项，总投资6.67亿元。2009年3月，FAST工程初步设计得到了中国科学院和贵州省人民政府的联合批复，工程进入建设准备阶段。在完成了台址移民搬迁、台址详勘、进场公路建设及扎实的工艺系统试验研究之后，FAST工程开工报告于2011年3月获得批复。自开工报告批复之日起，项目正式进入工程实施阶段，建设周期5.5年，将于2016年9月竣工并投入运行。经过4年的艰苦努力，工程团队克服了诸多困难与挑战，使工程按计划顺利进行。迄今，台址开挖与边坡治理、各类设备基础、圈梁和索网制造及安装、馈源支撑塔制造及安装等工程已全部完成并通过验收，各工艺系统经过设计优化及施工图设计已开始制造并进场安装，观测基地初步设计已完成并通过专家评审。FAST在大窝凼现场已现雏形，图3(a)为台址原貌图，图3(b)为2015年5月台址现场全景图。下面具体介绍FAST工程的主要施工进展。

2.1 台址开挖及边坡治理

在前期台址地形图测绘、勘察及开挖施工图设计的基础上，开始了台址开挖与边坡治理工程，该工程主要包括清表、土石方开挖及填方、边坡支护、道路检修、地质灾害治理、场地排水及排水隧道等工程单元。FAST台址开挖与边坡治理工程自2011年3月进场，在各参建方的共同努力下，于2012年12月完工并通过验收。自2013年起，定期对台址进行稳定性监测，以保证FAST运行环境的稳定及安全。目前，水土保持及环境恢复工作也在逐步开展。

2.2 各类设备基础

FAST设备基础工程主要包括圈梁格构柱基础、地锚基础、馈源支撑塔基础以及索驱动基础等。截至2014年8月，各类设备基础已全部完成并通过验收。

2.3 主动反射面系统

主动反射面是FAST的三大创新之一。它工程量大、造价高，是FAST工程建设的主线。截至目前，地锚施工、圈梁制造与安装、索网制造与安装已全部完成；反射面单元设计、制造及安装合同已签订；反射面吊装设备正在厂内制造；促动器正在进行厂内制造，已完成1 000余台。

2.3.1 圈梁钢结构安装

圈梁是FAST反射面索网的支承结构，由承台基础、格构柱及环梁组成。根据施工条件不同，格构柱安装采用履带吊分段吊装、汽车吊散装及拔杆散装三种不同的方案。环梁的安装主要利用其上弦布置的吊装轨道，采取地面分段拼装，在已安装的环梁上滑移，以及逐段推进安装的方案。在现场施工条件极其复杂恶劣的情况下，施工单位精心设计圈梁安装方案，不断完善起吊、滑移、安装等工序，将圈梁钢结构安装工程逐步推进。图4体现了圈梁的合拢过程。2013年12月31日，圈梁钢结构顺利合拢，是FAST工程建设的第一个里程碑。

2.3.2 索网制造及安装

索网是FAST反射面的支撑结构，是实现反射面主动变位的关键部件。FAST索网是全世界跨度最大、精度最高的索网结构，也是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系。需要攻克的技术难关贯穿索网的设计、制造及安装全过程。其关键技术主要包括：超高疲劳性能钢索结构研制、超高精度索结构制造工艺及超大跨度索网安装方案设计等。

2010年，FAST工程遇到了索疲劳问题危机。传统建筑结构中使用的预应力索的应力幅约为200 MPa，而FAST对索应力幅的要求高达500 MPa。为了解决这一难题，FAST团队开展了历时一年半的索疲劳试验研究。与多家企业及科研单位合作，历经“失败—修正—改进”的过程，通过采用复合涂层技术及高效机械锚固工艺，使试验的钢索在500 MPa应力幅下成功通过200万次疲劳循环，是目前相关标准规范的2倍左右，该高指标在国际上尚属首例。

在解决了索疲劳问题之后，又进一步开展了索节点及索网优化设计。FAST索网结构直径500 m，采用短程线网格划分，并采用主索之间通过节点断开的间断设计方式。索网结构的一些关键指标远超过国际上相关领域的规范要求。例如，主索索段控制精度需在1 mm以内，主索节点的位置控制精度需在5 mm以内，索构件疲劳强度不得低于500 MPa。主索截面共有16种规格，截面积为2.8～13 cm2。索网总重量1 300余吨。由于场地条件限制，全部索结构须在高空进行拼装。

2013年，FAST钢索结构设计通过评审，确定了施工方案。历时近3年的FAST高性能钢索研制成果正式投入生产。2014年7月，开始进行主索安装。历经半年的艰苦努力，最后一根主索于2015年2月4日成功安装，索网顺利合拢。图5(a)为索网局部的照片，图5(b)为索网合拢的照片。FAST索网制造与安装工程的圆满完成，是FAST工程的又一个里程碑。

图5 (a)索网局部；(b)索网合拢

2.3.3 反射面单元设计、制造及吊装

反射面是FAST工程主体结构的关键部分，由4 450块空间铝合金网架结构的反射面单元组成，面积约25万m2。反射面精度要求高，工程量大且工期紧，是FAST工程的主线。2010年起，开始对反射面单元背架进行试验研究，从多种背架结构中优选出铝背架作为FAST反射面单元。2011年，对全铝不等边反射面单元在大窝凼现场进行了耐环境和风载荷等性能试验(图6)。2012年，通过了反射面单元优化设计，提出采用铝合金网架作为背架单元的方案。2015年2月，签订反射面单元设计与制造施工合同，标志着FAST工程主体进入攻坚阶段。

2011年起，开始反射面单元吊装方案研究。通过与多家企业交流研讨，解决了施工人员工作面及吊具形式等主要技术问题，并于2012年8月完成了FAST反射面单元吊装方案设计及吊拼装场地规划设计。2013年11月签订了反射面单元吊装工程合同。2014年5月，吊装方案通过评审，反射面单元吊装设备设计及制造启动。截至目前，相关设备均已采购到位，并进行了吊装设备及整个安装工艺的厂内模拟试车。2015年 6月，开始进行反射面单元组装及吊装，计划于2016年4月全部完成。

图6 反射面单元样机加载试验

2.3.4 促动器设计及制造

在反射面索网下方的洼地里装有2 225台促动器，用于通过下拉索驱动索节点以实现反射面主动变形。鉴于促动器数量较大，设计中充分考虑了其可靠性及效率、便于维护及避免干扰等因素。在前期研究的基础上，经过大量试验比较及技术咨询，于2013年3月选定液压式促动器作为FAST主动反射面促动器研制的重点。随后与多家企业签订了生产小批量试验样机的合同，4家企业共12台液压促动器样机在密云站、大窝凼现场及生产厂家的多个试验台上进行了加速及耐久性试验。2014年8月，选定了一家企业最终签订了促动器研制合同。首批100台液压促动器于2015年3月出厂(图7)，后续批次促动器的装配及出厂检测工作随即展开。截至2015年4月，已组装并检验合格成品促动器1 080台，预计2015年6月全部促动器将在大窝凼现场完成安装。

图7 促动器准备出厂

2.3.5 反射面健康检测系统

2014年3月，签订了主动反射面健康监测系统合同。合同主要包括主动反射面健康监测系统的深化设计、系统安装和调试以及监测服务等。将在圈梁及格构柱上布设100个健康监测测点和40个施工过程监测测点，可为索网安装施工和反射面单元吊装施工提供圈梁实时受力状态监测。索网上布设416个索力监测测点，可为索安装施工、索网调试和后期主动反射面系统的运行提供状态监测和安全保障。2014年5月，健康监测系统深化设计通过评审，系统进入安装阶段。

2.4 馈源支撑系统

采用轻型支撑索拖动并联机器人以实现望远镜的高精度指向跟踪，是FAST具有自主知识产权的三大创新技术之一。截至目前，该系统已完成馈源支撑塔制造及安装；索驱动设计及制造完成，并在现场完成了三根索的安装；完成了馈源舱设计，并在现场舱停靠平台上安装了代舱，准备用于FAST前期调试及试验。

2.4.1 馈源支撑塔制造及安装

馈源支撑塔是FAST馈源支撑系统的主体承载结构。它不仅是索驱动的依托支架，同时也为塔顶导向滑轮提供足够刚性的支撑平台，以保证驱动钢索能够牵引馈源舱在预定轨迹上运动。FAST馈源支撑塔包含6座百余米高的钢管塔，按时钟位置分别命名为1h、3h、5h、7h、9h和11h，其中最高的11 h达175 m。6塔成轴对称排列，且均匀分布在直径600 m的圆周上。塔上设置旋转爬梯和铁塔攀爬机，方便工作人员登塔。

2012年12月，完成了馈源支撑塔施工图设计并通过验收。6塔塔体均为空间桁架结构，塔材采用螺栓连接和热浸镀锌防腐。为适应山地地势塔腿部分采用了长短腿设计。塔顶设备层上安装索驱动导向滑轮和回转机构，以承载望远镜运行时产生的数十吨量级往复循环变化的钢索拉力。6塔的最小固有频率超过1 Hz，以保证有足够的刚度实现柔性舱-索系统的稳定控制和馈源定位。

2013年7月，馈源支撑塔开始在工厂内进行制造。在各参建方的共同努力下，克服了塔安装现场作业面狭窄等困难，FAST馈源支撑塔制造及安装工程于2014年11月30日完工并通过验收。图8为现场拍摄的安装完成的馈源支撑塔照片。

图8 馈源支撑塔安装完成

2.4.2 索驱动设计及安装

FAST索驱动系统由塔底驱动机构、塔顶导向机构、缆索装置、控制系统和机房、配电房等设施构成。2012年1月，完成了塔-索联合设计以及索驱动方案优化设计，同时开展了FAST专用光缆的研制及机械性能试验。2013年6月，光缆模拟工况试验合同通过验收，标志着历时近4年的动态耐长期弯曲光缆研发取得突破。2012年7月，签订馈源支撑系统索驱动设计、制造及安装施工总承包合同。截至目前，已完成索驱动所有设备的采购及制造，完成6座机房及设备的安装，完成4根支撑索的安装。

支撑索安装的主要技术难点在于：钢丝绳安装跨度大，高差达277 m，单根钢丝绳长度超过600 m；钢丝绳重量高，单根重量高达6 t；电光缆安装复杂，6根钢丝绳下方各悬挂一根直径26 mm的电缆，其中3根钢丝绳下方还需各悬挂一根直径12 mm的48芯光缆，电缆和光缆的悬挂采用独特的窗帘式缆线入舱机构，每根钢丝绳上需安装4类共86套滑车。经过反复试验，最终采用粗、细两套工艺绳，通过细绳牵引粗绳，粗绳牵引钢丝绳的方案。历经两次钢丝绳退扭，逐步将直径46 mm的钢丝绳由大窝凼的底部经过塔顶的导向装置拉至机房卷筒上封固。在牵引钢丝绳的同时，将滑车和电光缆随钢丝绳安装到位。2015年2月10日，FAST索驱动第一根支撑索(5h)安装成功(图9)。6根钢索将于2015年5月底全部安装完成，FAST索驱动系统将成为世界上最大的绳牵引并联机构。

图9 索驱动第一根支撑索成功安装俯视图

2014年12月，1h机房直径2.4 m、重13.5 t的钢索驱动卷筒(图10(a))和重达13 t的减速机(图10(b))这两件大设备通过轨道安全托运至机房平台。1h机房位于距离环形道路高差约30 m的山坡平台上，受地形及空间限制，无法使用大型吊车，故沿山坡建造了专门的拖运轨道来完成大件设备的提升搬运工作。由于轨道下方无山体遮挡，一旦拖运过程中失控造成大件设备滑落，将会对轨道下方洼地内已完成及在建的设施带来毁灭性的破坏。因此，1h机房大件设备轨道拖运风险高、难度大，它是FAST索驱动设备安装的一个关键环节。经过多方论证，最终确定了拖运方案：拖运驱动采用8 t卷扬机，钢丝绳选用10.3倍的安全系数；轨道两侧各有一台3 t的绞磨驱动钢丝绳随行保护；在轨道上部拐点处，再附加2套10 t手拉葫芦拖拽小车的后部下方，防止设备发生倾覆。多重的防护措施，确保了拖运万无一失。

2.4.3 馈源舱及舱停靠平台的设计与制造

馈源舱是FAST馈源支撑系统的核心部件，主要承载馈源及接收机设备。它包括星型框架、AB轴机构、Stewart平台、舱罩及其他附属设备。馈源舱直径约13 m、高6 m、重约30 t，它将在反射面上方约200 m口径空中球冠表面运动，以实现馈源接收机的精确定位。

2012年3月完成了FAST馈源舱方案优化设计，确定了舱的基本结构。通过舱索联合仿真，基于现有的测量方法与精度指标，通过PID控制Stewart平台使馈源定位精度达到RMS 10 mm。2012年11月，签订了FAST馈源舱设计、制造、安装与调试总承包合同。2014年5月，完成了馈源舱详细设计并通过专家评审。设计主要包括馈源舱机械、电气及安装维护部分的详细设计、舱索联合仿真分析、馈源舱控制策略分析、馈源舱的电磁干扰 (EMC) 和防雷实施方案设计等。2014年11月，初步确定了馈源安放分组方案。

2015年1月，在大窝凼现场安装了馈源舱的代舱，如图11所示。代舱重30 t，锚固头支座安装孔直径为13 m，该两项指标均与馈源舱详细设计结果一致。代舱作为馈源舱的代替舱，主要用于FAST前期调试及试验，包括辅助支撑塔和索驱动系统调试、舱索系统阻尼的测量、测量与控制系统试验、电力和信号传输测试等。目前，馈源舱的正舱正在厂内制造。

图10 (a)卷筒托运； (b)减速机托运

图11 舱停靠平台及代舱

舱停靠平台是馈源舱建造组装、入港停靠、维护检测及支撑索系安装和更换等的工艺平台。它建在反射面中心底部的FAST开挖中心处，反射面在该处留有内切圆直径为16.8 m的正五边形孔，以便舱停靠平台的建造。舱停靠平台已在大窝凼现场安装完成。平台直径约20 m，最大承重300 kN。

2.5 测量与控制系统

FAST主要结构在观测时几乎都在运动：反射面实时变形，与反射面间无刚性连接的馈源舱的高精度运动等。因此，远距离、高采样率、高精度的测量与控制是FAST成功进行天文观测的保证。截至目前，已完成测量基墩建造并使用其进行了基础测量；完成了单元面板测量方案，做好了对即将出厂的单元面板测量的准备；主反射面测控及馈源位姿测控方案均已确定，正在进行系统研制，计划于2015年底完成；已完成总控系统方案，正在进行系统研制及设备采购，计划于2015年底进行总控系统整体功能调试。

2.5.1 测量基墩建造及基础测量

测量基墩是FAST测量与控制系统的主体建筑。24个伸出反射面的基墩均匀分布在大窝凼洼地内，为高精度测量仪器提供稳定可靠的平台。测量基墩采用芯柱+外筒的双层设计。外筒将风力、温变、操作人员重量等影响芯柱稳定性的不利因素隔绝在外，为芯柱及其上面的测量仪器提供一个无干扰的环境，从而保证测量的精度。测量基墩已于2014年10月全部建成，并使用其进行了施工控制网及安装控制网测量，该两项测量均达到要求。2014年11月，运行控制网测量方案通过验收，目前正在进行测量。

2.5.2 主动反射面测控

主动反射面测量包括单元面板测量、节点静态测量及节点动态测量。目前，已完成了单元面板测量方案设计，并将其纳入单元面板制造合同，在合同执行过程中将对面板进行测量及抽检。节点静态测量将采用全站仪方案实现10 min内完成有效照明口径300 m内的所有节点测量且精度达到RMS 2 mm，现已完成靶标制造及安装。节点动态测量样机已研制完成，能在1.5 h内完成500 m口径内全部节点测量，且精度达到RMS 1.5 mm。目前，正在进行测量设备布设及靶标混淆分析。

主动反射面控制的主要任务包括反射面控制系统研发及综合布线。2013年，启动了反射面控制系统方案设计及系统集成工作。2014年8月，签订了主反射面控制系统合同，2015年4月，完成了出厂验收。

综合布线犹如望远镜的神经网络，是所有指令信号、数据传输及动力传输的通道。综合布线包括高低压配电、测控网络和安防工程。主要涉及观测楼、变电站、中继室、促动器、馈源支撑塔及测量基墩的动力和通信线缆铺设，洼地内路灯、语音通信及安防等工作。综合布线于2014年4月正式开工，计划于2015年10月完成。

2.5.3 馈源支撑测控

馈源支撑测控主要是对馈源位姿、索支撑、AB轴和Stewart平台在反射面上方200 m口径空中球冠表面运动范围内进行高精度测量和控制。

馈源位姿测量主要包括一次支撑测量和精调平台测量。测量精度为RMS 5 mm，采样率需达到10 Hz。目前，已确定了馈源位姿测量方案及靶标类型，正在进行关键设备采购。

2012年，完成FAST馈源支撑控制方法优化与仿真。2013年，完成馈源位姿控制任务书。2014年10月，签订了馈源支撑整体控制研发合同。目前合同进展顺利，正在进行系统集成。

2.5.4 望远镜总控系统

望远镜总控系统犹如电脑的CPU，它控制望远镜各系统协调工作以完成天文观测任务。总控系统主要涉及用户管理及界面设计、网络通信与时间同步，以及数据交换与存储等任务。2011年，完成了望远镜总控系统框架设计；2012年11月，完成FAST总控构架设计及模型试验；2013年，完成FAST总控任务书。2014年12月，签订了总控系统研发合同。目前已完成需求分析，正在进行系统设计，并计划于2015年底在现场完成设备安装并进行整体功能调试。2016年5月，FAST将开始进行整体联调。

表2 FAST接收机技术性能设计指标

2.6 接收机与终端系统

接收机与终端系统是望远镜的重要组成部分。FAST接收机与终端系统的主要任务是研制频率覆盖70 MHz～3 GHz的7套接收机低噪音前端、光纤传输及数据处理终端等。低噪音前端的主要技术性能及设计指标如表2所示。7套低噪音前端馈源将安装在Stewart下平台，以达到望远镜观测所需的位置精度。低于约500 MHz的频段，使用常温馈源和低噪音放大器；高于500 MHz的频段，使用制冷低噪音前端，通过对极化器和低噪音放大器制冷以降低前端噪声温度。射频信号经由模拟光纤传输到地面观测室后，采用数字终端进行数据处理。

表2中的序号1、2采用宽带加背腔阵子馈源和常温低噪音放大器。序号3 的频率覆盖约6∶1，该接收机将与美国加州理工大学合作完成研制。采用常温馈源和制冷低噪音放大器，L波段系统温度约为35 K。将用于河外脉冲星搜索、极亮红外星系羟基超脉泽搜索以及猎户座中低频谱线探测等观测研究。序号4将采用常温波纹喇叭馈源和制冷交叉阵子极化器馈电，使用制冷低噪音放大器。序号5和7将采用常温波纹喇叭馈源，极化器和低噪音放大器放置在制冷杜瓦中进行制冷。序号6为19波束多喇叭馈源阵列，将与澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)合作研制。

数字终端拟采用美国加州大学Berkeley分校研发的CASPER软硬件作为平台。目前已完成了脉冲星搜索、相干消色散和谱线终端的原型机研制，正在进行VLBI数据记录终端和基带记录系统的研制。

2.7 观测基地建设系统

观测基地建设系统主要包括工程用地征地、进场道路建设、办公和配套用房建设，以及供电、供水设施建设等。

FAST台址进场道路一期工程于2010年3月开始施工，2011年7月全线通车，全长约7 km。

2011年，完成了观测基地1:200地形图测绘，观测基地规划设计工作正式开始。2013年4月，规划方案通过专家评审；2014年8月，初步设计通过专家评审。 2015年5月完成了基地岩土工程详细勘察，目前准备启动观测基地建设工程招标。

3 FAST早期科学准备

FAST结构的创新性与复杂性对其科学运行特别是早期试运行阶段提出了挑战。经过近几年的科研探索，目前基本明确了FAST早期的三个研究方向：中性氢宇宙学和星系演化；脉冲星理论和观测；星际介质演化与恒星形成。计划在FAST早期运行阶段集中完成几个科学课题，争取在望远镜的总体性能及运行精度完全达标之前，利用FAST的高灵敏度取得突破性发现。具体的科学课题包括近邻星系脉冲星搜索、极亮红外星系羟基超脉泽搜索以及猎户座低频谱线探测[7]。

FAST运行期间将面临海量观测数据存储及处理的需求，科学数据中心的建设已迫在眉睫。数据中心服务于FAST科学观测，是保证FAST科学产出的关键设施之一。目前正在推进FAST早期科学数据中心数据存储与处理集群建设，计划于2015年底建成。今后，早期科学数据中心将进一步扩展为FAST科学数据中心。

FAST成功运行离不开一套稳定且高效的观测模式规划及数据处理系统。我们征集了潜在科学用户的研究课题，明确了FAST的观测模式。在调研国际上大射电望远镜的数据处理系统基础上，完成了FAST科学数据处理系统设计，正在进行软件开发。

为了推进早期科学开展，于2012年成功申请了国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“射电波段的前沿天体物理课题及FAST早期科学研究”。该项目以脉冲星、射电谱线及脉泽、星际介质和低频多波束接收机为研究重点，旨在进一步凝练和优化早期科学目标并及时提出对仪器设备的需求，为FAST早期科学及常规运行做技术及人才储备[8]。项目实施三年来，取得了一系列具有创新性的重要成果，这些成果将有助于FAST早期科学目标的分析和确定，对FAST的建造、运行及观测研究的开展有重要推动作用。正在培养一批面向FAST科学和技术的研究生，并为中国射电天文人才的梯队化培养及储备打下基础。同时，吸引了数名海内外射电天文领域的高层次人才加入到研究队伍中，为推动科研创新和人才队伍建设提供有力支持[9]。

4 FAST工程展望

2015年，FAST工程已进入施工关键阶段。索网的合拢与调试、索驱动联调、反射面吊装、测控系统联调、接收机研制、观测基地建设等都将在本年度完成。在这一关键时期，将继续加强工程现场的协调管理，确保各项工程在保安全、保质量的前提下按期完成。

FAST建设初期已取得的关键技术成果可应用于诸多相关领域，如大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量、大型工业机器人研制以及多波束雷达装置等。FAST攻克了超大跨度、超高精度、主动变位工作模式索网结构的关键技术，通过对超高疲劳性能钢索结构的研制实现了特种索材料的突破。这对中国甚至世界范围内的索结构工程技术都起到巨大的提升作用。FAST解决了动光缆的反复弯曲、扭转等运动工况的疲劳寿命及光缆运动状态下的信号附加衰减的问题。FAST还制造了许多适应复杂施工条件和大跨度安装困难的工艺设备。在此过程中，形成了许多具有中国自主知识产权的专利技术，提升了中国许多企业的生产、制造及安装水平。FAST的建设经验将对中国制造技术向信息化、极限化和绿色化的方向发展产生影响，已经并将继续为中国的经济建设和重大需求领域做出贡献。

有了FAST，边远闭塞的黔南喀斯特山区将变成世人瞩目的国际天文学术中心，FAST成为把贵州展现给世界的新窗口。以FAST为主体的天文科普基地建设将推进中国西部，甚至全国的科普工作，教育青少年，向公众与决策层宣传，为科教兴国的长远战略目标服务。

2016年9月，世人瞩目的FAST将呈现在全世界的面前，相信FAST的建成将带来诸多惊喜，为我们的国家带来更多荣耀。

致谢 笔者回顾了FAST工程团队多年来的努力工作以及项目取得的主要进展，成文过程中参考了大量建设及管理的相关文档。作者除对他们的艰苦努力表示感谢之外，也因不能全部概括和引用他们开拓性的成果表示歉意。

(2015年5月14日收稿)

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[3] 严俊, 南仁东, 王宜, 等. 500米口径球面射电望远镜(FAST)项目建议书[R]. 北京: 中国科学院国家天文台，2006.

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[8] 李菂, 徐仁新, 朱明, 等. 973项目: 射电波段的前沿天体物理课题及FAST早期科学研究项目计划任务书[R]. 北京: 中国科学院国家天文台, 2011.

[9] 李菂, 徐仁新, 朱明, 等. 973项目: 射电波段的前沿天体物理课题及FAST早期科学研究项目中期总结报告[R]. 北京: 中国科学院国家天文台, 2013.

Progress and outlook of FAST

LI Huixian①②, NAN Rendong①②
①National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100012, China; ②Key Laboratory for Radio Astronomy, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China

Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST) is a Chinese mega-science project to build the largest single dish radio telescope in the world. FAST will enable astronomers to jump-start many science goals, for example, surveying the neutral hydrogen in the Milky Way and other galaxies, detecting faint pulsars, hearing the possible signals from other civilizations, etc. The construction content and scientific objectives of FAST are overviewed as well as the latest progress and prospects.

radio astronomy, single-dish radio telescope, FAST

(编辑：温 文)

10.3969/j.issn.0253-9608.2015.06.005

†通信作者，E-mail：nrd@bao.ac.cn