关于FAST项目运行环境的影响因子分析及保护建议

摘 要：为了提高深空探测能力，实现国家天文事业的跨越式发展，经国家发展和改革委员会立项批准，中国科学院国家天文台和贵州省人民政府在黔南州平塘县建设国家九大科技基础设施之一——500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meters Aperture Spherical radio Telescope，简称FAST）。文章主要分析了FAST周边环境的主要影响因子对其运行时的影响，同时通过分析提出保护对策建议，为FAST建成后能够安全运行提供基础保障，为下一步的保护工作奠定基础。

关键词：FAST；影响因子；环境保护

一、FAST基本情况

FAST项目是指由中国国家科教领导小组审议确定的500米口径球面射电望远镜（Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，简称FAST）。台址选定在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇金科村的大窝凼洼地，此洼地位于北纬25.647222度，东经106.85583度，直径大约800米。总体位于贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，地势总体上北高南低，区域内碳酸盐岩广泛分布，岩溶峰丘、洼地、落水洞极为发育，地形起伏不平，低山地形。大窝凼洼地的山梁最高为东南侧山头，标高1201m，洼地的最低点标高841m，最大相对高差达360m。洼地地表岩溶洼地发育，地形起伏大，坡度较陡，地貌类型简单，局部山体陡峭，形成陡崖和悬壁。

二、FAST区位辐射地区范围

以FAST望远镜为中心，参照电磁波宁静区划分原则：5公里范围为核心区，5～10公里为中间区，10～30公里为边远区。500米口径球面射电望远镜（FAST）台址地处贵州省平塘县克度镇金科村的天然洼地（地理坐标为东经106°51'21″，北纬25°38'50″）。东距平塘县城51km（地处东经106°40'29″～107°26'19″，北纬25°29'55″～26°06'41″之间），南距罗甸县城27km（地处东经106°40'29″～107°26'19″，北纬25°29'55″～26°06'41″之间），北距惠水县城57km（地跨东经106°22′～107°06′，北纬25°41′～26°18′）。

FAST半径5公里总面积为78.5平方公里，其中包含：（1）平塘县塘边镇4个村和克度鎮5个村，共计1794户，8097人；（2）罗甸县沫阳镇3个村共235户，1013人。

FAST半径10公里总面积为314平方公里，其中包含：（1）平塘县通州镇1个村（翁岗村），克度镇11个村，塘边镇9个村；（2）罗甸县沫阳镇董架社区10个村；沫阳镇董当社区9个村。

FAST半径30公里总面积为2826平方公里，其中包含：平塘县内通州镇10个村，克度镇13个村，塘边镇10个村，大塘镇8个村，牙舟镇4个村，甲茶镇9个村。

罗甸县内边阳镇35个村，龙坪镇27个村，沫阳镇5个村；

惠水县内包括：抵季乡和羡塘乡。涉及广西壮族自治区：柳州市、河池市、百色市相关地区。

三、FAST科学意义及影响

为了提高深空探测能力，实现国家天文事业的跨越式发展，经国家发展和改革委员会立项批准，中国科学院国家天文台和贵州省人民政府在黔南州平塘县建设国家九大科技基础设施之一—500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meters Aperture Spherical radio Telescope，简称FAST）。

大型射电望远镜是人类直接观测遥远星体，寻找类似太阳系或地球的宇宙环境，以及潜在智慧生命的重要设施，其科学目标主要是巡视宇宙中的中性氢、发现新脉冲星、探测星际分子、寻找地外文明等，在航天工程及其他领域具有广泛用途。

目前，我国单口径射电望远镜有：北京50米口径轮轨式射电望远镜、昆明40米口径转台式射电望远镜、乌鲁木齐25米口径厘米波射电望远镜等，但现存的这些射电望远镜已远远不能满足我国天文学研究和探测太空的需求，且与国际著名单口径射电望远镜如：目前世界最大305米口径的美国阿雷西博射电望远镜、澳大利亚帕克斯射电望远镜、德国艾弗尔斯贝格射电望远镜等差距甚远。

FAST是世界上正在建造及计划中的口径最大的单天线射电望远镜，为我国开展“暗物质”和“暗能量”本质、宇宙起源和演化、太空生命起源和寻找地外文明等研究活动提供重要支持，而且将在我国国防建设和国家安全等方面发挥不可替代的作用。同时FAST的建设将对贵州经济社会发展以及科技、教育、旅游、制造、信息等产业的发展具有重大推动作用。

四、FAST影响因子分析

虽然即将建成的FAST射电望远镜具有庞大的钢筋铁骨，但影响其结构安全和获取高质量射电信号的环境因素众多，现将这些因素归纳并给出相应的防护措施：

（一）极限气候，如暴雪、暴雨、大风、冰雹、雷电、酸雨以及地质灾害等对望远镜的损害。

FAST台址处于亚热带湿润季风型气候区，所处洼地具有低风速、冬季少雪和少冰雹的自然条件，无重大自然灾害记录。近40年的温度资料显示， 台址区冬季最低温度不低于零下8度，最高在38度左右。积雪最大深度14 毫米，由于台址区冬季温度较高，积雪基本在1天时间内融化，其产生压力在FAST主动反射面面板设计承受范围内。已知台址区最大风速12米/秒，设计的FAST馈源支撑系统在8米/秒的风速下仍能正常工作，如果按照天气预报风力大于8米/秒，将采取降下馈源舱，停止观测的保护措施[ 1 ]。考虑到台址区可能的冰雹灾害，必须装备防雹炮等设施，以避免对望远镜结构造成大的损害。雷区一般在河谷平原土壤导电性较好地域，FAST所在的山区岩石地貌不易遭雷击。

由于贵州多雨、多山，很容易产生滑坡、崩塌地质灾害。气象局和防震减灾局要明确具体的部门和人员负责气象和地质灾害预防工作，特别是对FAST核心5公里范围内地质灾害进一步进行认真调查，掌握和熟知地质灾害的类型、范围、危险程度、威胁对象，在危险区边界上设立明显警示标志，做好监测、预报工作，采取综合治理措施，做好封山育林、水土保持工作，控制和减少泥石流、矿山地面沉陷、滑坡、崩塌、地面沉降等地质灾害。

（二）无线电干扰

FAST台址处于贵州喀斯特洼地，人烟稀少，电噪活动水平低，加之周围山峦的天然电波屏障，十年的无线电监测以及近期国际SKA电波环境检测结果表明，该台址为世界上少有的电波宁静区之一。 但是由于FAST望远镜极高的灵敏度和所要求的70MHz-3GHz连续宽带频率覆盖，人类活动，例如微波中继、电视广播、移动通讯、高压输电线路、甚至汽车启动和个人电脑所产生的微弱辐射，都可能严重污染观测数据。在FAST的低频波段，由于电波的绕射，山地隔离效应变差。同时，在此波段广播通讯设备成本低廉，主动用户拥挤不堪，随着当地经济的发展，电波环境恶化趋势不言而喻。在FAST近3GHz的带宽内，只有少量的窄频段是规划给射电天文的，即使是在划分给射电天文作为主要业务的频率，其它主动业务的允许杂散干扰也远远地超过FAST灵敏度所能容忍的门限值[ 2 ]。

FAST的设计建设需要考虑望远镜数据传输通道与地方有线通讯的兼容，共享频谱资源。在保护环境的同时，尽量减少对地方经济发展的影响。然而，在全球化信息时代，来自空间和地面的电磁辐射与日俱增的趋势不可避免。在保护电波环境的同时，需要不断地发展望远镜抗扰技术，提高望远镜对干扰的自身免疫力。另一方面，需要地方无线电管理局做好无线电频率的划分、分配与指配，协调处理好无线电监测、检测、干扰查处，电磁干扰事宜。

（三）生态环境的影响

台址周边砍伐林木、地表水系的改道等生态环境扰动，会对生态环境产生影响，造成台址周围的地质结构不稳定，会产生滑坡、泥石流、崩塌等对望远镜破坏的地质活动。建议通过人工绿化方式进行景观补偿，通过合理布置绿化树种，绿地上植被的布置要求草、灌、乔木的合理分布，营造立体的绿化空间，有效的防止石漠化和水土流失的出现，进一步防止损坏望远镜的地质灾害的发生。

根据国外天文台望远镜周边生态环境的基本情况，建议核心区森林覆盖率90%以上，缓冲区要求70%以上。

（四）固体废物、废水、废气影响

台址周边的固体废弃物主要为建筑垃圾、建筑弃土、生活垃圾，主要包括废水泥、石子、泥土、场地清理出来的物料、混合材料等和施工人员的生活垃圾以及產生一定量的泥浆水、生活污水、机械尾气等。

建议施工期间及时将台址周边垃圾清理，不然多雨的天气必然造成水土流失，破坏FAST台址的地质结构。同时通过施工现场设置污水收集和简易处理设施，加强施工废水管理等措施，以防止废水腐蚀望远镜的钢架结构。只要在FAST完工前采取合理的治理措施，施工三废不会对望远镜的运行产生影响。

（五）噪声环境影响

根据现场调查分析本项目噪声原因主要为施工机械及运输车辆造成的。施工期噪声源主要包括：开挖土方、基础结构、构筑物砌筑、场地清理和修理、装修等使用施工机械的固定声源噪声以及施工运输车辆的流动噪声声源。这些噪声源不同于无线电电磁波，不会对FAST的运行产生影响，并且施工期的噪声影响是短期的，明年项目建成后，施工期噪声的影响也就此结束。但建议台址周边核心5公里应保持宁静的自然环境。

（六）人为因素的影响

FAST射电望远镜建成后，人为因素可能是影响FAST正常运行的最关键因素，也是最难管理的因素。

一是由于FAST核心区属于开放区域，FAST台址周围有执法管理人员巡视，能够及时制止影响FAST运行的人为活动，但是在面积广大的开放的核心区，并不能及时有效的阻止，甚至不能发现这些人为因素的影响，比如使用手机、数码相机、汽车发动机、引起的森林火灾、也有可能私自躲避台址管理人员进入FAST台址等。这些人为因素的影响，仅靠FAST台址的监测和管理是远远不够的。

二是由于FAST台址位于平塘、罗甸、惠水县三县跨行政区域交汇处。导致FAST核心区和面积更为宽广的缓冲区来往人员流动密集复杂，这些人员的活动可能将直接对FAST的运行环境造成影响。据此建议在FAST核心区和部分缓冲区安装摄像头和防护设置，对这些重点区域进行全天候监测。同时成立一支综合执法和管理机构执施监管，对发现的人为影响及时制止。

三是对游客、各类学术研究活动等安全管理及秩序的维持也是需要大量的人力投入，必须有专职的管理机构及管理机制运行。

五、保护措施建议

1）建议立法保护，并在FAST试运行的同时，法律同步执行；

2）建议地方政府设立一个综合执法和管理的机构，工作地长设在FAST半径10公里内。全面履行10公里半径内相关部门的执法职能以及进行全面管理。协助相关部门管理半径30公里的区域（该机构可通过整合所辖区域职能设立）。

3）建议地方政府设立州级FAST运行保障资金，进入财政预算。确保运行所需人力、物力需求。

4）建议地方气象局、无线电管理局、防震减灾局等相关技术部门应在FAST半径10公里范围内建立预测、预告、防控等机站。以防自然灾害对其的影响。

参考文献：

[1] 彭勃，南仁东，朱文白等.500m口径球面射电望远镜（FAST）可行性报告[C].

[2] 2002中国天文望远镜及仪器学术讨论会.2002.

作者简介：

张宇（1986-），男，硕士，研究方向：环境工程。