500米口径球面射电望远镜（FAST）主要应用目标概述

500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST)已完成建设,调试与试运行以来发现超过100颗新脉冲星,于2020年1月通过国家验收。作为世界最大和最灵敏的单口径射电望远镜,FAST为众多科学发现提供了前所未有的机遇。在国家重大需求方面,FAST具有重要的应用价值。本文对FAST的主要应用目标进行了研讨,包括在深空探测方面,FAST将把我国空间测控能力提升至太阳系外缘;在脉冲星自主导航方面,FAST将大幅提升脉冲星脉冲到达时间的测量精度,建成国际领先的高精度脉冲星计时阵,进行空间飞行器的自主导航;FAST作为非相干散射雷达的接收系统,将提供高分辨率和高效率的地面观测;利用FAST进行高分辨率微波巡视,可以识别微弱的空间信号,为搜寻地外理性生命和国家安全服务。随着FAST的正式运行,它将在推动应用课题研究方面发挥重大作用。     

FAST VLBI系统和观测研究

世界上最大的单口径射电望远镜FAST已经完成验收并正式运行,而甚长基线干涉观测是FAST的核心课题之一,FAST可以为甚长基线观测网提供重要贡献。为了发挥FAST在甚长干涉观测网中的作用,总结了国际上其他大型射电望远镜的主要研究成果,结合FAST的特点,挑选适合FAST的研究课题;介绍了FAST现有的VLBI观测系统,和天马望远镜进行的VLBI干涉条纹;讨论了FAST VLBI系统的发展,包括未来适合FAST参与的VLBI观测网。研究最终挑选到了适合FAST VLBI的6个研究课题;应用FAST与天马望远镜获得了首条VLBI干涉条纹;FAST在CVN、EVN、LBA的VLBI观测方面,可发挥其极高灵敏度的优势;研究发现附近的小天线可为FAST参加相位参考观测提供帮助。     

FAST电波环境保护措施

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)位于贵州省黔南州偏远山区,利用喀斯特洼坑作为望远镜台址,建造世界第一大单口径射电望远镜。FAST观测来自宇宙中遥远天体的微弱电磁信号,具有极高的灵敏度,易接收到来自望远镜自身设备及台址周边的电磁干扰。为此,要求台址电磁干扰水平极低。为实现科学观测目标,如何保持宁静的电磁环境是FAST科学产出的重要基础条件。开展研究的主要保护措施包括:为切实保护FAST良好的电磁环境,设立以FAST台址为中心、半径30 km范围的电磁波宁静区是减弱干扰的首要步骤;其次,对望远镜自身及其周边的电子电气设备具有严格的电磁兼容要求,防止对望远镜产生干扰。通过有效的电磁兼容设计和电波环境保护措施,FAST台址电波环境目前良好稳定。随着贵州省特别是黔南州经济发展,FAST周边建设项目不断增加,针对与众多无线电通信业务和当地经济发展项目的协调问题,如何在科学需求和当地发展中实现平衡,是电磁波宁静区运行的核心课题。     

最数字

正9颗位于贵州省平塘县的中国天眼FAST观测基地继2017年10月10日公布发现6颗脉冲星以后,又新发现3颗脉冲星,并分别得到认证。截至目前,中国天眼FAST已经发现9颗脉冲星。由于脉冲星信号微弱,很容易被人造电磁波干扰淹没,目前科学家只观测到一小部分。而具有极高灵敏度的FAST,是发现脉冲星的理想设备。     

中国“天眼”筑梦人——忆FAST工程首席科学家、总工程师南仁东

正中国著名天文学家南仁东先生生前为中国科学院原北京天文台副台长、国家天文台研究员,国家重大科技基础设施500m口径球面射电望远镜(FAST)工程首席科学家、总工程师,他在天文科学和天文技术方法领域造诣深厚,培养了大批科学技术人才,为中国天文学事业发展做出了突出贡献。FAST被誉为中国"天眼",是具有中国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。自1994年起,南仁东负责FAST的选址、预研究、     

毫秒脉冲星计时的多星观测

在评价脉冲星时研究发展趋势的基础上 ,讨论了基于毫秒脉冲星自转的脉冲星时间的短期特征和长期稳定度。并对影响其稳定度的因素作了初步分析。 5 0m射电望远镜计时观测的目的之一就是综合脉冲星时研究。对于 5 0m望远镜计时观测的选星和由多星观测进行综合脉冲星时研究中的数据分析问题进行了讨论。     

装下宇宙之大——中国“天眼”向全球开放

正北京时间2021年3月31日零点,中国"天眼"正式面向全世界开放,接受全球科学家的观测申请。中国"天眼"又称FAST,是一台500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,简写为FAST),坐落于贵州省黔南州的喀斯特巨型洼坑中,是目前全球单口径最大、灵敏度最高、综合性能最强的射电望远镜。     

FAST发现毫秒脉冲星

正FAST首次发现毫秒脉冲星并于近日得到国际认证,这是它继发现脉冲星之后的另一重要成果。新发现的脉冲星J0318+0253的自转周期是5.19毫秒,根据色散估算距离地球约4000光年,由FAST使用超宽带接收机进行1小时跟踪观测发现,是至今发现的射电流量最弱的高能毫秒脉冲星之一。毫秒脉冲星是每秒自转上百次的特殊中子星,对其进行研究不仅有望对理解中子星演化、奇异物质     

基于FAST望远镜的地外文明共时观测

地外文明搜寻(Search for Extra Terrestrial Intelligence,SETI)是射电天文的重要子领域。为了获得尽可能多的观测时间,SETI采用共时观测(Commensal Survey),即不单独占用望远镜时间,在望远镜进行其他观测任务的同时进行SETI信号的搜寻。介绍了SETI共时观测的概念以及SETI后端的整体框架,分析了SETI共时观测的主要策略;对实时数据接收系统SERENDIP进行了分析说明;同时分析了数据去射电干扰和候选目标提取方法;通过对500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)的5 h漂移扫描数据处理,验证了SETI后端的有效性。最后对SETI的未来发展趋势进行了展望:FAST的高灵敏度不仅是对其它望远镜针对该项目观测数据的有效验证,更增加了探测到微弱地外文明信号的可能性。     

FAST与周边移动通信基站电磁干扰分析

射电望远镜易受地球人工电磁信号干扰,为加强对500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)电磁环境的保护,开展移动基站干扰排查实验,通过对电磁波宁静区内单个及多个基站与FAST的电磁干扰分析,结合望远镜周边传播损耗情况,研究在降低基站干扰的同时保证周边居民通信需求的措施。为减少基站干扰提供了有益建议。     

FAST：地外文明探索者

正FAST是"500米口径射电望远镜"的英文简称。这个架设在中国贵州喀斯特洼坑中的"大锅",是目前世界上单口径最大也是最为灵敏的射电望远镜,为我们探索宇宙之谜开启了另一扇窗户。除了进行天文学和天体物理学方面的诸多研究外,FAST还将监听太空中特定波段的信号,寻找地外文明,也就是我们常说的"外星人"的蛛丝马迹。     

观天巨眼400年系列之二十九米波综合孔径射电望远镜

英国赖尔发明综合孔径射电望远镜,使射电望远镜实现成像观测,分辨率也能与光学望远镜并驾齐驱.发达国家凭借强大的经济实力和高技术,陆续发展了综合口径技术,研制更为强大的综合口径射电望远镜.由于射电望远镜的分辨率与工作频率成正比,高频观测容易获得比较高的分辨率,对于相同口径的天线,波长为1米时的分辨率比波长为1厘米时的分辨率要差100倍.尽管波长短时,天线和接收机的技术要难得多.这些也导致天文强国在发展综合口径射电望远镜时对低频段的忽略.     

米波综合孔径射电望远镜

英国赖尔发明综合孔径射电望远镜，使射电望远镜实现成像观测，分辨率也能与光学望远镜并驾齐驱。发达国家凭借强大的经济实力和高技术，陆续发展了综合口径技术，研制更为强大的综合口径射电望远镜。由于射电望远镜的分辨率与工作频率成正比，高频观测容易获得比较高的分辨率，对于相同口径的天线，波长为1米时的分辨率比波长为1厘米时的分辨率要差100倍。尽管波长短时，天线和接收机的技术要难得多。这些也导致天文强国在发展综合口径射电望远镜时对低频段的忽略。     

基于虚拟观测值的X射线单脉冲星星光组合导航

传统的X射线脉冲星导航系统需要同时观测3~4颗脉冲星,有效载荷的质量和功耗极大。因此,单探测器脉冲星导航技术是实现航天器利用X射线脉冲星导航的关键举措。针对单探测器脉冲星导航的可观测性弱和精度低等问题提出了基于虚拟观测值的X射线单脉冲星与星光集中式组合滤波的高精度导航方法,即在X射线脉冲星的长周期内增加与星光同时刻观测的虚拟观测值,以实现高精度的集中式组合滤波算法。同时提出了利用神经网络预测虚拟观测值方法,并与利用动力学递推的方法进行比较,精度可以达到10-7量级。仿真结果表明,该方法可大大提高单探测器的导航的可靠性,补偿由于探测器误差造成的导航误差,导航位置误差为259.79 m,同时有效地减小了导航系统的重量,为X射线脉冲星导航的工程实现提供了参考依据。      

短消息

正近日,据新华社报道,自2016年9月25日落成启用以来,500米口径球面射电望远镜——"中国天眼"共发现51颗脉冲星候选体,其中有11颗已被确认为新脉冲星。近日,浙江大学材料科学与工程学院朱铁军教授的实验室,制成了高纯度的铌钴锑合金。实验还证明,稳定的铌钴锑合金不属于标称的19电子体系金属,而是自带"缺陷"的18电子体系半导体,是正宗的半导体热电材料。这为科学家     

观天巨眼400年系列之二十五：与诺贝尔奖结缘的射电望远镜

为了现测研究遥远射电源的种种特性．射电天文望远镜追求高灵敏度、高分辨率、多波段和可跟踪观测等性能，越做越大．越做越精密，耗资越来越大。但一些重大的天文发现并不全来自那些大型射电望远镜。1965年发现的宇宙微波背景辐射、1967年脉冲星的发现者都荣获了诺贝尔物理学奖。     

脉冲星导航在高精度卫星轨道修正中的应用

X射线脉冲星导航系统(XNAV,X-ray Pulsar Based Navigation)能够为航天器提供自主的定位服务,但是XNAV存在精度较差,且受航天器钟差和脉冲星时间模型误差的影响而产生近似常值偏差的缺点.分析与仿真指出,在采用XNAV单独导航时需要2颗脉冲星可达到完全观测,而采用XNAV和星间观测的组合导航时仅需要1颗脉冲星即可达到完全观测,同时组合导航能够将轨道修正的精度提高10倍以上,并将由于常值偏差造成的估计误差抑制在0.2 m以内.在现实的噪声设定下,采用标准XNAV单独进行轨道修正,仅需要两颗脉冲星即可取得50 m以内的估计精度;而采用组合导航时,在单脉冲星的导航方案下,系统的估计精度为5 m以内.分析结果表明:基于单脉冲星导航的组合导航,是一种高精度、低需求,容易实现的卫星轨道估计方案.      

脉冲星导航试验卫星科学观测数据分析

脉冲星导航试验卫星是我国发射的一颗专用试验卫星.经过4个多月的在轨观测,该卫星已成功获取了大量观测数据.介绍利用该卫星搭载的掠入射聚焦型X射线探测器在近4个月中对PSR B0531+21获得的观测数据第一批处理结果.本文详细阐述掠入射聚焦型X射线探测器的观测模式,给出脉冲星观测数据的处理方法以及脉冲星参数的拟合过程,利用基于第一手观测数据的脉冲星精化参数验证掠入射聚焦型探测器在轨工作性能,得以回答使用国产X射线探测器是否能够“看得见”脉冲星问题.     

基于扩展卡尔曼滤波的XPNAV-1卫星自主定轨算法研究

X射线脉冲星导航1号（XPNAV-1）是全球首颗脉冲星导航专用试验卫星。利用该卫星观测的单颗脉冲星数据,采用几何约束方法,能够有效抑制轨道误差增长,但存在长时间定轨发散问题。针对XPNAV-1卫星拓展试验任务及脉冲星导航后续发展需求,利用多颗脉冲星的观测数据,研究基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的卫星自主定轨算法。首先,建立该卫星的轨道力学模型和观测方程;然后,详细论述EKF滤波算法和分段式定常系统（PWCS）的可观测性分析方法;最后,通过综合分析XPNAV-1卫星的观测数据、脉冲星对该卫星轨道的覆盖性以及系统状态的可观测性,进行自主定轨算法试验。试验结果表明,基于EKF的自主定轨算法滤波过程收敛,验证了该算法的合理性和有效性。