大国重器耀苍穹

《光明日报》 作者: 编辑:南仁东 日期:2019-09-19 点击数:[]

 925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。

 

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