一般一项工程有一项世界第一就已经很难了，但是这个索网却集齐了三项世界第一，可以想象它的难度有多大。
姜鹏 · 中国科学院国家天文台研究员
格致论道 第22期 | 2017年11月25日 北京
大家好，我是姜鹏，是中国科学院国家天文台的一名研究员，今天我想和大家分享的是关于我参与中国天眼研制的故事。在开始前，请听一段音频。
音频里如婴儿心跳一般的声音，来自遥远的星河之外。是2017年10月10日“中国天眼”新发现的两颗脉冲星发出的声音。下图是这两颗脉冲星的位置，从那里传出来的脉冲信号被科学家探测到，又被转化成的音频信号，从而可以被我们听到。
脉冲星是一个高密度的天体，一颗方糖大小的体积，质量就能达到上亿吨，它的发现有可能为我们揭示更多极端物理条件下的物理规律，是我们宇宙最精确的灯塔。
然而这个招聘启事又“别有用心”地附上了一个发改委的批文，告诉我这是一个真实存在的大科学工程。技术难题每时每刻都在降临
已完成：20% //////////带着对这个项目如何实现的好奇，我走入了天眼工程的项目建设。
于是我们就开始了逢山开路、遇水搭桥的过程，从无到开挖、到环梁结构、再到铺索网，到最后建成500米口径的射电望远镜，整整8年时间都投入到这个项目中去。我们的团队也从始至终坚持了22年，最后建成了世界上最大的单口径射电望远镜。
这个“大科学工程”，确实是挺大的。如果把FAST比喻成盛满了水的一口锅，我们全世界每个人都可以分4瓶，够大家所有人喝一天的。
用一句话来形容这个索网结构，那就是它是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的索网工程。一般一项工程有一项世界第一就已经很难了，但是这个索网却集齐了三项世界第一，可以想象它的难度有多大。我们遇到的第一个技术难题就是索疲劳问题。FAST的索网不止需要承重，还要求能变形，钢索更像是弹簧，对疲劳性能的要求极高。
我们购入了市面上的十种钢索进行疲劳实验，没有一例能满足要求的，打击很大。当时时非常间紧迫，我们的总工程师南仁东，经常在办公室里隔三差五找我去讨论技术问题，每次见到他，他头发都是立着的，天天在焦虑，手足无措，不知道该怎么解决。
到底需要采用什么样性能的疲劳性能钢索？我们第一件事就是，预估未来30年内望远镜的预经轨迹。如图，一个月的轨迹就是一些连线，半年后就是一个黑团了，有了这些数据就可以进行大规模的历史仿真，最后得到钢索疲劳损伤的分布图。
于是，我们进行了最系统、规模最大的一次索疲劳试验，而且是由天文台这个单位负责进行的。我们几乎经历了所有可能的破坏形式——铆柱的损伤破坏、单丝的磨损破坏，所有可能的我们都经历了。在与多家企业进行合作、经历近百次失败后，历时两年终于研制出了适用于FAST的成品钢索结构。从那以后，南老师的头发——平了！钢索的难题还不止如此，要把1670根钢索变成索网，需要毫米级的成形精度。每根索都长短、粗细不一，一根索的加工、安装失误，都有可能导致整个索网无法精确成形。
此外，温度变化也要考虑，我们要在恒温间专门进行加工；构件的间隙也要注意，每根索差1毫米，到索网边缘就要误差60多毫米。
所以，我们对每根索的加工都有影像记录，方便知道错在哪了。即便如此，我们加工第一批1600根的钢索时，占总量的四分之一，发现个别精度还是有问题，只能把它们全部返厂重新加工。
开始挂索网时，精度要控制在两毫米内，我们开了好几次会，想了一系列的办法，琢磨了两个多月。
最后在周围的150根钢索上布置了力传感器，将力控和形控结合，非常巧妙地实现了精确定位。
之后就涉及到索结构的安装，我当时刚毕业到天文台工作，不是很擅长。这时，东南大学的郭振兴团队主动请缨接手，他们对此非常有经验，最后出了一个非常好的方案。
说方案好吧，其实也挺“笨”的。索都是在空中一根一根拼上去的，一共6000多根索，2000多个接引盘，上万个关节轴承。
工人们天天都吊在空中，无论风吹日晒，酷暑寒冬。期间还装错过，复查时发现16根装错，只能全拆了重新装。过程还是蛮艰难的，但最后还是成功了，右下角是我们完成时的合照。
反射面的安装也一样特殊。从拼装场地吊起来到空中，放在一个车上，在滑梁上走，然后放在篮索吊上，顺着篮索溜到反射面相对应的位置。和装钢索一样，底下有好几个工人等待，高度从4米到几十米，就这样一个个地将4450块反射面单元安装完毕。
还要说一下反射面的测量方案。要实现抛面、球面来回变形的精准控制，我们首先要进行测量。全站仪既可以测角，也可以测距，得到的信息就可以用来测算它的空间位置。
全站仪是红外的，夜间用照相机对它进行长时间曝光，就可以得出这样的像，看上去非常高科技。如果用的是手机，打开闪光灯照相，就会发现所有的靶标都在对你打招呼。
知道了精确位置，就可以用触动器控制它的节点位置。触动器就是图中黄色的设备，采用的是液压系统，比人高一点，就可以在±1米的范围内控制索网形状。
平行光打到抛物面之后，会汇集到一点，要有一个接收装置收集电磁波信号，这就是馈源舱，我们把它誉为望远镜的“瞳孔”。馈源舱有30吨重，体积相对较小，不仅可以减少光路遮挡，波速还非常干净，可以减少其他信号干扰。
馈源舱是两级控制的。第一级通过6根钢索把馈源舱吊到140米的高空，每根钢索大概四五百米长，精度要控制在48毫米内。
在馈源舱中还有个斯特瓦平台，就是二级控制。在空中风一吹，馈源舱难免会晃动，所以要有一个平台把接收机稳定住，保证能够精确地收到信号，这就实现了二次精准定位，把精度控制在10毫米内，听着都挺玄乎的。
我们还是挺幸运的，在8月17号，我们第一次实现了望远镜馈源支持系统的整体联调，把精度控制在了5.4毫米内，位姿也控制在了0.3度内。
通过不断的努力，我们把望远镜视网膜调整得更好，把瞳孔位置控制得更精准，让天眼的“视力”从左侧的模糊到右侧的正常。
随后我们对望远镜进行整体验调，以实现对固定目标的跟踪，天眼的“眼珠”终于可以转动了，具有里程碑意义。山里的这群善良的人们
已完成：80% //////////
完成这件事后，我给总工南仁东发了一条微信。
我告诉他，我们这个项目做成了。当时他身体已经很不好了，但还是非常欣慰。这是我们最后一次微信交流。
这是2016年9月25日，在落成仪式现场我们的最后一张照片。当时我站在不起眼的角落里（一排右1），心里还有点有点不平衡。
我说我要拍一张更好的，把他们都变成背景，我算是得逞了！其实这个望远镜具有超高的灵敏度和大覆盖天区，将有机会在灵敏度方面站在世界的至高点。它可以观测脉冲星这个宇宙最精确的灯塔，探测极端物理条件下基本的物理规律，还能探测到137亿光年前的宇宙。同时，也能主导国际VLBI网，实现高分辨率、高灵敏度的观测，把我国的探测和通讯能力延伸到太阳系的边缘。如果你问我这个望远镜有多贵，其实它只是相当于一公里地铁的造价。还有人问我，这件事到底值不值得做，我想我们每个人心里都有答案，对于我来说是非常值得的一件事。
我是非常欢迎大家去现场转一转的，它是一个“科学的风景”。如果运气够好，第二天爬起来到山顶，就可以看到雾中的FAST，非常美丽。
如果晚上去的话，可以看到非常美的星空。我想对大多生活在都市的人来讲，这已经是非常奢侈的一件事了，但在那里十分常见。
如果还够幸运，还可以看到各种奇怪的生物。这是后来我们制作的标本。
当然，我们还会看到这些善良的人，很孤独，经常以宠物为伴。如果有美女到我们FAST现场去参观的话，我非常希望你把他也带走，这还有他的电话！
回到主题，坦诚地说，FAST还有许多问题要解决，比如正常调试仍然很难，我们没有历史经验可以借鉴。它非常特殊，和其他天文望远镜的功能模式都不太一样，而且它有大量的功能部件和机械装置，我们必须要努力工作，进一步降低故障对望远镜观测的影响，保证随时想看就能看，想看什么就能看什么，不让风雨雾等天气影响全天的观测时长。
这些事都非常繁琐，幸好我们山里还有一群年轻人在茁壮生长，包括刚才单身的同志。所以我们都是在一步步地把望远镜调试好，争取在未来两年给中国的天文界一张满意的答卷！好，谢谢大家！
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