The Innovation | FAST技术和科学的10年

FAST自落成至今已有10年。站在新的起点，回望FAST，现在正是总结经验与规划未来的好时机。FAST的科学成就容易被看到，但我们也应该看到这些成就的基础，这对我们未来的工作会有很大帮助。

导 读

FAST是一台基于多项技术创新的大型射电望远镜，在过去10年取得了一系列科学成就，这些成就与技术创新密不可分。本文总结了FAST以往的技术创新和科学成就，并对未来的工作进行了展望。

图1 依靠技术创新，FAST具备了优异的观测效能，在脉冲星、中性氢星系、快速射电暴和引力波研究中取得了一系列重要成果。

传统全可动望远镜在口径达到一百米左右时，结构和造价都达到一个瓶颈，短期难以有大幅度改善。中国天文学家另辟蹊径，基于主动反射面和柔性馈源支撑，通过精确的测量和控制，建成了一台口径500米、有效口径达300米的射电望远镜，即FAST。

FAST在建成时就被寄予厚望，过去的10年也不负众望，取得了一系列科学成果。科学成果的取得离不开望远镜的技术创新，总结经验有助于指导未来的工作。

FAST的一项重要创新在于其柔性馈源支撑系统。通过精准控制馈源相位中心的位置，可以省去复杂的光路结构，因而无需建造庞大的馈源支撑平台。FAST馈源舱的直径仅约13米，相对于300米的有效口径而言占比极小，由此产生的遮挡效应显著降低，这正是FAST实现优异偏振性能的关键因素之一。基于高精度偏振测量，FAST不仅为揭示快速射电暴的物理本质提供了关键线索，还成功探测了分子云核的磁场结构，为深入理解恒星形成过程贡献了重要观测依据。

FAST另一个重要创新是主动反射面。这是FAST避免复杂光路的另一个关键，结合柔性馈源支撑， FAST实现了主焦观测。反射面主要由三角形单元构成、有足够高的面型精度，这是FAST具有优异偏振性能的另一个关键因素。

FAST之所以能进行高效观测，测量与控制的创新也功不可没。与传统望远镜不同，FAST馈源支撑系统和主动反射面之间没有刚性连接，也就是说，二者实为相互独立的两个系统，必须在测量与控制系统的协同调度下才能精确配合，确保望远镜正常观测。 而FAST的工作环境是野外，测量与控制需要面对各种复杂工况，除了危及望远镜安全的极端大风天气外，无论白天黑夜，下雨起雾，都需要保证望远镜稳定运行。通过多年努力，融合多种测量方法，FAST实现了几乎全年全天候运行，这是FAST取得科学成果的重要保障。

得益于长时间的稳定运行，FAST已经发现了超过1200颗脉冲星，超过10万个中性氢星系。在这些大样本的基础上，天文学家才有机会发现其中罕见的奇特个体，例如轨道周期仅有53分钟，达到理论极限的脉冲双星，这个发现补齐了“蜘蛛类”脉冲双星演化中缺失的一环，给出了从“红背蜘蛛”脉冲星向“黑寡妇蜘蛛”脉冲星演化的关键证据。

科学探索永无止境，FAST也不能在已有成就上止步不前。如何向前？唯有持续自我革新。当前，FAST受馈源支撑系统性能限制，观测天顶角一直不能超过40度，这使得FAST观测天区无法覆盖南面脉冲星最密集、星际介质结构最复杂的天区，需要进行馈源舱的升级以使FAST突破天顶角限制，向更广阔的天区进军。此外，FAST的角分辨率为3角分，这对快速射电暴等需要角秒位置精度的天体源来说是不够的，需要通过FAST核心阵的建设来解决这个问题。

总结与展望

FAST在馈源支撑、反射面、测量与控制、接收机等方面的技术创新，支撑了其在脉冲星、中性氢星系、快速射电暴和引力波研究中取得一系列重要成果。未来，FAST仍然需要在技术创新的支撑下，扩展观测天区，提升巡天速度，提高角分辨率。依靠更强的观测能力，FAST将为拓展人类的认知边界做出新的重要贡献。

责任编辑

余 升   国防科技大学