世界上有三個“觀天巨眼”，第一個是500米口徑球面射電望遠鏡（FAST），位于貴州省黔南州平塘縣；

二是美國阿雷西博350米望遠鏡，建于1992年，23年來世界第一，中國“天眼”綜合性能約10倍；

三是德國波恩100米口徑望遠鏡，中國“天眼”的靈敏度比它高出10倍左右。

我國“天眼”球面射電板采用鋁合金板，德國和美國球面射電望遠鏡材料作者沒有看到相關報道，日本國家天文臺野山宇宙電波ALMA望遠鏡采用5052鋁合金板，支撐結構采用6061鋁合金擠壓材料，可在－20℃～2011年9月底建成的20℃環(huán)境中長期工作，建設地點標高5000米，2012年初投入使用，球面直徑45米10臺。

01

尋找喀斯特坑洞

在1993年國際無線電聯(lián)合會上，包括中國在內的10個國家的天文學家提出了建造新一代射電“大望遠鏡”的建議。

1995年底，北京天文臺與中國20多所大學和研究機構聯(lián)合成立了射電“大望遠鏡”中國推廣委員會，提出了喀斯特工程的概念，即利用貴州喀斯特洼地建造球反射面，即“西雷西博天線陣”。

此后，中國科學家進一步推進喀斯特概念，提出獨立開發(fā)500米口徑球面射電望遠鏡的新喀斯特單元。為了為新一代射電“大望遠鏡”找到合適的“家”，科學家們通過衛(wèi)星遙感將貴州喀斯特山區(qū)翻了個底朝天。

當時，天文臺委托兩家研究所從300個候選坑中進行搜索。位于黔南州平塘縣的大窩塘最終兩次獲得最高分。貴州天然喀斯特坑的條件一直是中國最獨特的大射電望遠鏡，也是世界上最大、最強大的基礎。

02

花了22年時間建造世界上最大的“天眼”

中國“天眼”-500米球面射電望遠鏡（FAST，Five-hundred meter Aperture Spherical Radio Telescope）從1994年到2016年9月建成，這是一個偉大的項目，擁有中國的獨立知識產權，是世界上最大的單口徑和最敏感的射電望遠鏡。

借助這只巨大的“天眼”，研究人員可以窺探星際互動的信息，觀察暗物質，測量黑洞的質量，甚至搜索可能存在的星外文明。

許多獨特的技能使它成為世界射電望遠鏡的領導者，這也將為世界天文學的新發(fā)現提供機會。

“天眼”工程作為國家重大科研基礎設施，由主動反射面系統(tǒng)、饋源支撐系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、按收機、終端、觀測基地等組成。

主動反射面由數萬根鋼絲索和4450個反射單元組成，看起來像一個非常大的“鍋”，接收面積相當于30個標準足球場。

以天然喀斯特坑為臺址，在坑內鋪設由數千個單元組成的冠狀主動反射面，采用輕型電纜拖動機構和并聯(lián)機器人實現接收機的高精度定位，是中國“天眼”的三大自主創(chuàng)新。

自2016年9月25日起，“天眼”方圓5公里已成為“靜默區(qū)”。龐然大物開始睜開“眼睛”，專注于捕捉宇宙深處的信號。除了宏偉和狀觀之外，“天眼”工程最令人震驚的是精度。

經過3年的測試，基墩穩(wěn)定性極高，誤差不超過1毫米。在137億光年之外，“天眼”可以接收到電磁信號，觀測范圍可以達到宇宙邊緣。

然而，這里需要指出的是，FAST地球的“最大天眼”稱號可能只能在七八年內讓位于南非的陣列射電望遠鏡（SKA）。

SKA目前正在南非臺地高原地區(qū)和西澳大利亞州默奇森郡沙漠地區(qū)建設。其接收面積為1平方公里。

建成后，它將成為世界上最大的綜合孔徑射電望遠鏡，也是國際天文學界建設的歷史上最大的科學工程。在SKA公開發(fā)布的11個項目中，中國參與了SKA的6個研發(fā)工作。

500米口徑球面射電望遠鏡于2020年1月11日成功通過國家驗收，正式開放運行?！疤煅邸惫こ套鳛槭澜缟献畲?、最敏感的射電望遠鏡，圓滿結束，意味著中國大科技基礎設施進一步完善，人類對未知宇宙的探索視角更加深刻。

“天眼”的成功體現了中國的智慧、技術、力量和責任。在“天眼”的背后，是中國人民在長期奮斗中培育、繼承和發(fā)展的偉大創(chuàng)造精神、偉大夢想精神和偉大團結精神。正是這種民族精神造就了“天眼”。

經過三年零三個多月的調試，中國“天眼”成本12億元，于2020年1月11日正式運行。在調試過程中，發(fā)現了102顆脈沖星，超過了同期歐美多個脈沖星搜索團隊發(fā)現的總數。

為配合“中國天眼”建設，約7000名居民搬遷至10公里外的另一個小城市，確保長途旅行的性能和平靜運行。

日本野邊山用5052和6061鋁合金制造45米望遠鏡

1971年建成的10臺球面望遠鏡(天線)，直徑45米，高50米。球面望遠鏡位于50米高的架子上。

球面采用5052鋁合金板加工，支架采用6061鋁合金擠壓型材，采用電火花工藝加工。

加工天線的表面非常具有挑戰(zhàn)性，因為表面越干凈，電波就越短，所以必須使用具有一定強度性能和高韌性的鋁合金加工，其表面粗糙度應該是≤同時在25納米－20℃～＋這種精度仍然保持在20℃的環(huán)境中。

直徑12米的球面天線為205元1米×1米鋁板鋪設，原材料厚度30mm，以納米為單位進行前所未有的層層切割加工，每一塊都有非常準確的拋物表面，形成大拋物表面，使用37種不同形狀的鋁板坯。

由于其拋物面積1590平方米，質量700噸，最大的問題是如何降低直徑45米、高度50米的天線。天線表面(鏡面體)采用夾層碳纖維增強塑料蜂窩鋁板進行輕量化。

天線背面安裝隔熱鋁板，以避免骨架因陽光直射而變形。經過這種精心設計，毫米波望遠鏡在世界頂級設備中脫穎而出，鏡面精度保持在170微米左右，鋁合金在這些超級天線中發(fā)揮著不可替代的作用。

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5052鋁合金是制造球面射電望遠鏡的最佳材料

口徑小于3米的球面射電望遠鏡的拋物面可以用整個鋁合金制成，因為世界上輥面寬度最大的冷軋機是4350mm，無論球面射電望遠鏡的口徑有多大，都必須用拋物面鋁合金板拼接，日本國家天文臺野山宇宙45米口徑望遠鏡、美國波多黎天文臺望遠鏡、德國波恩天文臺望遠鏡、巴西天文臺望遠鏡拋物面采用特殊形狀的5052鋁合金板，因為冷軋5052鋁合金板是制造這種拋物板的最佳材料。

為何拋物面采用5052鋁合金制成？因為它有一系列優(yōu)秀的性能。它是一家美國鋁業(yè)公司（Alcoa）20世紀20年代末推向市場的，其標定成分(質量%)：Si0.25，Fe0.40，Cu0.10，Mn0.10，Mg2.2～2.8，Cr0.15～0.35，Zn 0.10，其他雜質為0.05、總計0.15，其余為鋁。

從Al-Mg系相圖可以看出，Mg在鋁中的溶解度僅次于Zn，排名第二，450℃的極限溶解度為17.4%，室溫僅為1%。理論上，Al-Mg合金應具有相當大的及時硬化效應，但由于受影響β相(Mg2Al3)沿晶沉淀傾向和彌散度的限制一般沒有價值和必要的效果，可用于退火和冷硬化。

AI﹣Mg合金過飽和固溶體α′沉淀過程：

α′→GP區(qū)→β′→β(Mg2Al3)

Mg原子直徑(0.320納米)遠大于Al(0.286納米)。淬火后GP區(qū)可在幾秒鐘內形成，但尺寸較小(1.0納米～1.5納米)，周圍有密集的空位云，與母親幾乎沒有共格應變，因此Mg含量≤7%沒有明顯的時效硬化效果。

5052合金是一種中低強度合金。AI-Mg合金加Mn或Cr主要是為了提高耐腐蝕性和可焊性，但是固溶部分仍然具有一定的強化作用，Cu、Zn、Fe、Si是雜質，應嚴格控制。

特點是密度為2.68g/cm3，略低于純鋁1050的2.705g/cm3；具有優(yōu)異的耐腐蝕性，在海洋氛圍和海水中具有較高的耐腐蝕性，表面可長期保持較高的表面光潔度，幾乎不需要“終身”維護；焊縫具有良好的可焊性，其機械性能幾乎與基體材料相同；

特別好的拋光性能，表面處理后閃閃發(fā)光；優(yōu)異的塑性和成型性能，它可以加工成各種部件。雖然其抗拉強度不高，但仍遠高于1050工業(yè)純鋁，高于3003合金，疲勞強度高。無論是在實驗室還是在實際使用中，都沒有應力腐蝕和開裂。

由于5052合金具有上述諸多優(yōu)點，因此它已成為一種罕見的制造射電望遠鏡球面拋物面板的好材料，得到了業(yè)界的一致認可。因此，國外射電望遠鏡的“大鍋”是由5052合金拋物線板塊組成的。

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5052合金的力學性能

5052合金板的力學性能見表，其物理性能如下：密度2.68g/cm3，熔化607℃～電導率為649℃，20℃35%IACS，熱導率為138W/25℃（m·℃)，20℃時比熱900J//（kg·℃），（20℃～線膨脹系數為23.8，100℃×10-6/℃。

干汞電極在2.67%AlCl3溶液中（SCE）自然電位為－936.2mV，孔食電位為－722.7mV，耐腐蝕性和耐應力腐蝕開裂性均評為A級。

5052合金只退火(300℃)～360℃)或冷加工硬化狀態(tài)下使用，其優(yōu)異的耐腐蝕性僅為β只有當晶體內部和晶體邊界分布均勻時，才能顯示出極高的穩(wěn)定性。

無論是退火還是冷加工，室溫或低溫或敏化處理溫度（67℃）～177℃)長時間加熱不形成沿晶β相網膜，應力腐蝕開裂（SCC）和剝落腐蝕（EFC）也不敏感。但Mg含量＞3.5%的合金不是這樣。

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“天眼”中的鋁

中鋁西南鋁業(yè)(集團)有限公司(以下簡稱“西南鋁”)提供中國“天眼”使用的鋁合金板材和擠壓鋁材，其4450個反射面單元采用西南鋁板材加工。

除了第一個“天眼”正式啟用外，中國還有內蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟鑲嵌白旗草原深處的“草原天眼”，占地10平方公里，排列著100面白色拋物面天線陣列。這是明安地圖射頻譜日像儀組，被稱為“草原天眼”，英文縮寫為MUSER。MUSER項目于2008年開工建設，2013年開始進行一系列太陽射電觀測，二期建設投資1.3億元，占地215畝，預計2023年建成，2025年投入使用。

2015年1月，西南鋁成立了“銷售十大技術”和“技術”＋“銷售”開發(fā)團隊，做好FAST市場開發(fā)，及時加強與中國電子科技集團公司第54研究所的溝通協(xié)調，首次了解和掌握工程建設對鋁的需求。

7月初，西南鋁和FAST反射面板制造商正式簽署了800噸反射面板和鋁板結構件的全部訂單。為了盡快生產這批需要陽極氧化著色處理的板材，對尺寸偏差、表面質量、沖孔性能等有特殊要求，西南鋁充分整合內部資源，充分發(fā)揮技術設備和人才優(yōu)勢，克服工期緊、任務重等諸多困難，全面做好羊毛組織、質量控制、進度和綜合工作，確保產品質量和工期，西南鋁在探索宇宙文明的“鋁之路”中邁出了堅實的第一步。從2015年7月初簽訂合同到8月底交付最后一批帶卷只用了一個多月。

FAST項目是中國最近九個科技基礎設施之一，可以參與國家重大項目建設，對中鋁和西南鋁，其意義不僅是材料質量的高度認可和效益，更是中鋁公司履行國家重大科技項目材料保障和西南鋁“國家利益高于一切”的核心價值，突出了企業(yè)的社會責任。

世界上第一個“眼睛”反射面積相當于近30個足球場面積，由4450個反射單元組成，制造商收到西南鋁合金卷，切成坯料，然后機械加工，加工成所需的形狀和尺寸，從2015年8月2日至2016年7月3日，共11個月。

FAST在中國建成了5年，取代了阿雷西博電離層天文臺的望遠鏡，成為世界上最大的“天眼”。2016年竣工時，來自世界各地的數百名科學家出席了啟動儀式。