作为中国“十一五”重大科技基础设施建设项目，FAST是500米口径球冠状主动反射面射电望远镜，以实现大天区面积、高精度的天文观测。FAST被誉为“中国天眼”，是具有中国自主知识产权的大科学装置。

FAST实景图

20世纪90年代初，鉴于国际现有射电望远镜已不能满足日益发展的科学需求，国际天文界提出在世纪之交建造大型射电望远镜，以此聚焦天体物理的众多前沿和热点课题，促进人类对宇宙演化的理解。为此，中国科学家创新地提出利用中国贵州喀斯特洼地，独立研制一台新型的大口径天线，即具有500米口径的球面射电望远镜（FAST）的构想。

1994年，中国开始启动大射电望远镜的选址及预先研究，2007年，FAST作为“十一五”国家重大科技基础设施建设项目立项。FAST项目的目标是遴选出适合的贵州天然喀斯特洼坑，作为望远镜的建设地点，建造世界第一大的单口径射电望远镜——具有500米口径主动反射球面的大型射电望远镜，开展高灵敏度的射电观测（见图）。FAST在预研阶段提出了三项创新的设计理念：在台址方面，结合望远镜的技术指标要求，选择了贵州的天然喀斯特洼坑——大窝凼作为建设地点；在洼坑内建设直径为500米的球冠状主动反射面，由数千块反射面单元拼接而成，用来收集宇宙天体发出的无线电波；通过搭建柔索驱动机构，并在馈源舱内采用并联机器人系统，从而满足了望远镜对于馈源高精度定位的需求。基于这些创新的设计，FAST开创了建设超大型射电望远镜的新模式。

FAST作为国家大科学装置，为多学科基础研究提供了重要平台。主要的科学目标包括：

①对宇宙中的中性氢开展巡天，研究星系的结构，探索宇宙起源和演化；

②发现和探测脉冲星与快速射电暴，进行稀有品种射电瞬变源的巡天，探测引力波等；

③作为最大的单元参与国际低频甚长基线干涉测量网，有效提高基线灵敏度，开展高分辨率观测与研究，获得天体超精细结构；

④探测宇宙中的星际分子，促进对恒星形成与演化的理解，探寻宇宙生命的起源；

⑤搜索可能的星际通信信号，寻找地外理性生命等。

FAST投入使用后，将大幅增加可观测的天体数目，发现更多特殊的天体和天文现象，从而为天文学家提供开展理论分析与模型构建的丰富样本，为重大发现提供了前所未有的机遇。

FAST在国家重大需求方面有重要应用价值。主要的应用目标包括：

①将中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘，使深空通信数据下行速率提高100倍；

②脉冲星到达时间测量精度由120纳秒提升至30纳秒，成为国际上最精确的脉冲星计时设备，为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟；

③进行高分辨率微波巡视，以1Hz的分辨率诊断识别微弱的空间讯号，作为被动战略雷达为国家安全服务；

④作为“子午工程”的非相干散射雷达接收系统，提供高分辨率和高效率的地面观测；

⑤跟踪探测日冕物质抛射事件，服务于太空天气预报。

FAST主要技术指标见表。

FAST由中国科学院和贵州省人民政府联合共建。项目主要建设内容如下：

①洼地的勘察与开挖。根据望远镜建设要求，对台址的工程地质情况，以及水文地质条件进行勘察，开挖洼地，进行边坡治理，确保洼地不积水。

②主动反射面。构建球冠型索膜结构，球冠张角大约120°，包括近9000根钢索和4000多个反射单元，反射面直径大约500米。对于变形后的抛物面，要求均方差不大于5毫米。

③馈源支撑。利用6个支撑塔以及柔性钢索，组建馈源支撑系统。同时，通过在馈源舱内，安装二次精调装置——并联机器人，使得调整后的定位精度达到10毫米。

④测量与控制。依托基础测量网，采用总线及多层控制技术，实现数千点的自动控制，保障望远镜协调运行。运用多种测量设备，包括激光全站仪、GPS测量系统等，实现在百米距离测量尺度上，最终精度达到2毫米。

⑤接收机与终端。研制7套高性能接收机，工作频率覆盖70MHz到3GHz，满足科学目标的需求。研发包括馈源（含L波段国际领先的19波束馈源）、低噪声的制冷放大器、宽频带的数字中频传输设备、高稳定度与精度的频率时标设备和多功能数字终端设备等。

⑥观测基地建设。为高水平地支持望远镜科学观测、日常运行与维护、望远镜的技术研发，并能满足基地人员工作与生活的需要，建设望远镜观测与控制、数据处理与存储中心；建设技术实验室；配套各类生活设施等。

FAST工程于2011年3月25日开工建设，面对建设地点偏远、技术难度大、非标设备多等挑战，攻坚克难，于2016年9月按期完成工程建设，主要建设历程如下。

①台址开挖与边坡治理工程

FAST台址开挖工程包括土石方开挖、边坡治理、道路和排水系统4项工程，为望远镜各工艺系统的安装创造基本的现场条件，同时为望远镜建成后的运行维护提供安全、稳定的外在自然环境和基本设施条件。在施工过程中，面对复杂的地质情况和施工条件困难，采用多种措施，对台址进行有效治理。

②圈梁钢结构安装工程

圈梁是FAST索网的支承结构，由承台基础、格构柱及环梁构成，形成直径为500米的圆周。2013年12月31日，圈梁合拢，这是FAST工程建设的第一个里程碑。

③索网制造与安装工程

索网结构是FAST主动反射面的主要支撑结构，是反射面主动变位工作的关键点。索网制造与安装工程也是FAST工程的主要技术难点之一，该工程的顺利完成也是FAST总体工程具有里程碑意义的重要节点。

④馈源塔制造与安装工程

馈源支撑塔是FAST馈源支撑系统的主体承载结构，是钢索承载和驱动的依托支架，并为塔顶导向滑轮提供足够刚性的支撑平台，保证驱动钢索能够牵引馈源舱在预定轨迹上运动。

⑤索驱动制造和安装工程

索驱动由驱动机构、导向机构、缆索装置、控制系统、设备基础及其他附属设施组成。2015年2月10日，FAST望远镜索驱动第一根支撑索安装成功。

⑥FAST工程主动反射面液压促动器工程

反射面液压促动器通过调整下拉索下端的位置，从而间接同步调整索网节点位置，实时实现满足拟合精度的300米口径瞬时抛物面，实现天文观测的跟踪、换源等运动要求。2015年7月完成了全部促动器的制造、现场安装和调试工作。

⑦馈源舱制造与安装

馈源舱主要包括星形框架、AB轴机构、斯图特尔（Stewart）平台、多波束接收机转向装置、舱罩和其他附属设备等。2016年7月11日，馈源舱（正舱）正式升舱至137米。

⑧测量基墩和综合布线工程

通过在大窝凼洼地内建造24个伸出反射面的基墩，为高精度测量仪器提供稳定可靠的安装平台，完成对反射面节点位置和馈源舱位姿测量，为反射面和馈源支撑控制提供测量数据。综合布线工程（内网高低压配电、测控网络和安防工程）是望远镜的神经网络，是所有指令信号、数据传输、动力传输的通道，是FAST高效运行的保障。

⑨反射面单元研制与安装

反射面单元通过主动控制在观测方向形成300米口径瞬时抛物面以汇聚电磁波，观测时抛物面随着所观测天体的周日运动而在500米口径球冠上移动，从而实现跟踪观测。2016年7月3日，FAST工程最后一块反射面板吊装完成，标志着望远镜主体工程完工。

⑩接收机与终端研制

FAST工程设计研制了7套接收机和终端（覆盖70MHz～3000MHz的频率范围），时间频率标准、数据传输、处理、存储和接收机监视及诊断系统，供望远镜联调和科学观测使用。其中频率覆盖1050～1450MHz的接收机为19波束的多波束接收机，采用了19个独立的馈电单元，每个馈电单元由馈源、真空窗口、热隔离波导、极化器组成。2018年5月，19波束接收机安装完成。

⑪观测基地建设

观测基地建设是FAST望远镜建设、运行和维护的基础保障，主要包括两个部分：（1）观测基地基本建设，包括综合楼、食堂及附属楼、1#实验室和2#实验室；（2）公用及配套设施，包括道路工程、供水工程、供电工程、通信工程等。2016年7月31日，观测基地主体建设完成。

⑫电磁兼容研发与实现

由于FAST灵敏度非常高，为保护FAST免受电磁干扰，保障FAST正常运行和科学产出，完成对望远镜系统和全面的电磁兼容设计和实施。为保护台址电磁波环境，《贵州省500米口径球面射电望远镜电磁波宁静区保护办法》于2013年10月1日起实施。2017年8月，两条航线迁移出FAST上空，FAST空中限制区开始实施。

⑬FAST工程早期科学研究

开展早期科学研究，获得科技部973项目支持，为FAST运行做科学上的准备。

在FAST工程建设过程中，由于其对生产技术的严苛要求，促进了相关生产企业的技术进步，有效提升了中国相关技术领域和产业的研发水平，促进了技术的自主创新。例如，由于FAST对钢索性能的高要求，推动了中国索结构工业由粗放式管理向精细化管理的转变，使中国的钢索结构生产制造水平得到很大提升。同时，随着FAST的建设，还促进了中国在天线技术、并联机器人、高精度动态测量、电子技术、结构工程、动光缆技术和电磁兼容技术等众多高科技领域的发展。

经过5年半的建设，2016年9月25日，FAST工程竣工。进入调试试观测阶段。调试期间创建了基于力学仿真技术的实时安全评估系统；研制了基于惯导的多系统数据融合测量技术并安装成功；研制了新型的高压滤波器；19波束接收机安装完成并投入使用，大幅提高了望远镜的巡天效率；系统噪声也控制到20开尔文以下；指向精度已经达到16角秒的水平；随着测量精度的不断提高，望远镜的灵敏度已经超过了2600平方米/K；完成了望远镜多系统之间的功能性整合，实现了漂移、跟踪、运动扫描、编织扫描等多种观测模式，达到了验收技术指标。2020年1月11日，FAST通过国家验收，开始正式运行。截至2023年3月，已发现脉冲星超过740颗，其中一颗是迄今为止流量最暗弱的毫秒脉冲星，充分证明了FAST在灵敏度上的优势。

“中国天眼”——FAST，是世界具有最大口径和超高灵敏度的射电天文望远镜，它的关键技术具有中国的自主知识产权，望远镜的综合性能领先国际其他在运行的设备。随着FAST的运行，它将为中国在相关学科实现重大原创突破提供平台和机遇，实现中国射电天文观测设备由追赶到领先的跨越。