大科学工程是20世纪以来世界科技进步和社会发展的最重要的基础设施，也是一个国家创新力以及核心竞争力的主要表征。就当今世界科技而言，一个国家在关键领域领先一步，哪怕只是一小步，往往都会造成“胜者全得”或者“强者恒强”的局面。而为实现领先一步，大科学工程当之无愧地成为“国之重器”。从“两弹一星”到载人航天，从北京正负电子对撞机到大亚湾中微子实验，中国每一次重大科学突破，几乎都与大科学工程联系在一起。新中国成立后，中国的大科学工程同时面向国家战略需求和世界科学前沿，通过核心技术突破和资源集成，取得了诸多决定着国家地位和命运的重大成果。历史和现实一再见证，搞大科学工程是中国科学技术跨越式发展的必由之路，也是我们集中力量办大事的政治优势的集中体现。本报今天开始以新栏目“走近中国大科学工程”，引领读者徜徉最前沿的科学天地，并深度感知那些和平发展的中国故事。

位于贵州省黔南州平塘县克度镇金科村的500米口径球面射电望远镜全景。

■走近中国大科学工程

　　从贵阳机场驱车向南，经高速公路转上土石路，颠簸3个小时，穿过最后一道狭窄山口，500米直径的白色钢环突然出现，填满了视野。那是史上最大望远镜的圈梁。

　　走上FAST(500米口径球面射电望远镜)的圈梁，像是走在一座钢桥上。它被50根6米到50米高低不等的钢柱支在半空，周长1.6公里，绕走一圈要40分钟。

　　鸡蛋粗细橡胶表面的索绳，攀附圈梁悬垂交错，总重1300吨，已编织成网，于2月4日完工。下一步，就是拼装FAST的天线反射面。FAST预计2016年成型，中国的射电天文学届时将领跑世界。

越大越好

　　电视收不到信号时，屏幕上不是一片空白，而是雪花闪烁并发出刺刺声，这就是来自太空的射电信号。1931年，美国一位电子工程师发现，银河中心能传来有规律的电波。这开创了射电天文学。

　　射电跟光没太大区别，都是电磁波。光只是能刺激眼睛的一小部分电磁波。从伽马射线到紫外线到可见光再到红外线和射电，各有监测这些不同波段电磁波的望远镜。“射电”是比红外线频率还要低的电磁波段。

　　射电望远镜，跟收卫星信号的天线锅是一回事。通过锅的反射聚焦，把几平方米到几千平方米的信号聚拢到一点上。射电天文学家是装备最高级的无线电爱好者，他们聆听的信号不是人造的，而是“天生”的。

　　为了提高射电望远镜的表现，天文学家想出一个办法，就是让许多个天线锅对准同一目标，通过比对信号算出更精确的信号位置。但是想接收更微弱的射电，只有把天线锅造得更大。中国科学院国家天文台FAST工程首席科学家、总工程师南仁东说，宇宙空间混杂各种辐射，遥远的信号像雷声中的蝉鸣，没有超级灵敏的耳朵就分辨不出来。

　　1993年东京召开的国际无线电科学联盟大会上，包括中国在内的10国天文学家提出建造新一代射电“大望远镜”。他们期望，在全球电信号环境恶化到不可收拾之前，能多收获一些射电信号。建造FAST的动机肇始于此。

　　FAST之前，世界上最大的射电天线锅，一个是德国100米直径的“埃菲尔斯伯格”，一个是美国300米直径的“阿雷西博”。前者是可以移动摇头的，后者借助波多黎各岛上的喀斯特洼坑，跟FAST相似。

　　造更大的望远镜非常困难。天线锅要求毫米级的精度，在平地上建百米以上的天线锅，自重就会造成形变，一阵风也会让它变形。有天文学家提出了思路：在喀斯特地形下常见的“天坑”里造。

最圆深坑

　　1994年底，北京天文台(现国家天文台)牵头20所院校，提出了“喀斯特工程”。准备从中国西南无数个喀斯特地貌的凹坑中，选出一个来建大望远镜。

　　看过遥感图，大家确定了300个候选的圆坑，经过走访又筛选出80个最圆的。贵州省黔南州平塘县克度镇金科村的一个圆形洼地——大窝凼，成为最有力的竞争者。“凼”，音荡，水坑的意思。

　　“当时到这里来勘测，明显感觉比其他的凼更圆一点。”南仁东说，他下踏了百个天坑，大窝凼最合适。

　　选一个形状最圆、深度和尺寸恰好的洼坑，可以减少“磨圆”所需的土石方工程量。在现场，南仁东指着坑底说：“绿色的地面是没有开挖过的，黄色的是动过土的。”我们目测这两部分面积是一比一。

　　水在石灰岩上削出几百米直径的“凼”。凼的底部都会有一个至少浴缸大小的水洼，这是积水向下渗透的地方。天文学家们考虑到，喀斯特地质下，积水可以从坑底渗漏出去，不至于於积和危害天线。不过FAST的天坑里，还是开掘了一条通到“隔壁”坑里的排水道。

　　指着建在山腰上的六座钢架(它们将来要拉吊起信号接收器)，南仁东说，如果不依托天坑，这些钢架就得从平地而起，不光造价承担不起，也无法达到精度要求。

　　在天坑中建筑，很麻烦的一点是空间腾挪不开。为此施工人员想了很多办法，用人工补机器的不足，采取一系列新工艺，得以把几十座钢梁和几十段框架，一点点搬运到恰当的位置。

毫米精度

　　FAST的设计目标，是把覆盖30个足球场的信号，聚集在药片大小的空间里。不如此，就无法监听到宇宙中微弱的射电信号。500米的结构，要实现毫米级精度，是天文学家从未做过的。

　　光确保钢结构不变形就是一大挑战。热胀冷缩效应无法忽视。南仁东指着钢架与边框相接处说，到了夏天，边框会比冬天外移30厘米。1.6公里长的巨大边框并不固定，而是“搁”在钢架上，它与钢架的接触面是一层平滑材料。这样即使边框胀缩，钢架也不会歪斜。

　　FAST的天线锅呈现标准的球形，在工作时它会变形，在适当的位置形成一个300米直径的抛物面(只有抛物面才能聚焦信号，球面和抛物面差距最小，可以最方便地在局部形成抛物面)。FAST靠变形来转换天线方向。

　　就像水手扯动缆绳控制帆的朝向一样，FAST拉扯索网来变形天线锅。FAST的钢索网，联系着边框以及2000多个天坑地表面上的小电机。这些电机配合动作，控制着钢索网的形状。整个变形过程，由激光定位系统校准。

　　而在索网的上空，高高悬着一个类似于神舟飞船大小的馈源舱(信号接收单元)，内设世界最精贵的接收器。这个接收单元内部，也有一个有六条伸缩腿的变形框架，负责把接收器放置在焦点上。30吨重的馈源舱，被六条400多米的钢索吊起，移动范围达200米，再求精度，谈何容易。

　　框架、索网、接收器，每一部分的位移都要控制在毫米级，FAST才能正常工作。

　　比起目前领先的“埃菲尔斯伯格”望远镜，FAST的灵敏度将提高10倍。这意味着，远在百亿光年外的射电信号，FAST也有可能听到。