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FAST研制者用青春鑄就科技重器實現(xiàn)“零的突破”

2021-05-06 10:31:17 來源：中國青年報

如今，最早連接“中國天眼”夢想和現(xiàn)實的科學家南仁東已經(jīng)故去，而與南仁東一起見證FAST從無到有的年輕人則繼承了他的衣缽，堅守在西南深山之中。當從太空傳來的電磁波落在群山環(huán)抱的大窩凼里，這群平均年齡30多歲的年輕人要從這個萬籟俱寂的地方，讓中國睜開“天眼”看穿星辰。

12年前，31歲的博士畢業(yè)生姜鵬拎著行李，來到貴州省平塘縣一個名為大窩凼的喀斯特洼地。當時的他很難想象，眼前不通路、不通電、幾乎與現(xiàn)代文明隔絕的大窩凼，會建起全球最大、最靈敏的單口徑球面射電望遠鏡“中國天眼”FAST——一個全球天文學家都夢寐以求的科研裝置。

2016年9月25日，“中國天眼”FAST落成啟用，名噪一時；2020年1月11日，“中國天眼”通過國家驗收，投入運行，其綜合性能是世界其他大型射電望遠鏡的10倍；2021年3月，“中國天眼”已發(fā)現(xiàn)340余顆脈沖星……再也沒有人懷疑大窩凼里也能實現(xiàn)夢想。那時的FAST，在很多人看來是一個遙不可及的夢想：口徑500米，面積相當于30個標準足球場；其“目光”所至，更是能“看穿”130多億光年的區(qū)域，那將無限接近宇宙邊緣。相應地，F(xiàn)AST挑戰(zhàn)之大，可以突破傳統(tǒng)望遠鏡極限能力；建設(shè)條件之苦，苦到?jīng)]幾人愿意來實現(xiàn)這份夢想。包括姜鵬在內(nèi)的年輕博士，最初也一度懷疑這個項目“會不會是忽悠人的”。

起點

姜鵬、潘高峰、岳友嶺、于東俊、孫京海、甘恒謙、錢磊、姚蕊、李輝……他們是“中國天眼”青年力量的代表，他們的青春幾乎都是在大窩凼里度過的，每個人與FAST的故事起點，就是南仁東——FAST最早提出者之一。

1993年，在日本東京舉行的國際無線電科學聯(lián)盟大會上，與會科學家提出要在全球電波環(huán)境惡化到“不可收拾”之前，建造新一代射電“大望遠鏡”。

以時任中國科學院北京天文臺副臺長南仁東為首的中國天文學家，在會上提出一個大膽的方案——在中國境內(nèi)建造大型單口徑射電望遠鏡，而當時中國最大的射電望遠鏡口徑只有不到30米。

當時一個外國友人向南仁東發(fā)問：“你知道500米有多大嗎？”他一下子被問住了，因為500米在大多數(shù)人心里只是一個數(shù)字。南仁東說，這是他一生遇到的最好的一個問題。

口徑500米，其面積相當于30個足球場、8個鳥巢體育場。建造FAST，要找一個天然的洼地，遠離大城市、射電干擾小的地方。其間，南仁東走過數(shù)十個窩凼，周邊縣里的人幾乎都認識他。

2009年，姜鵬博士一畢業(yè)，就加入了FAST。他剛到單位報到，就被車拉到北京密云。幾個博士疑惑，“我們以后不會就干這個吧？”

同年，負責觀測規(guī)劃和數(shù)據(jù)格式技術(shù)支持的錢磊，也加入FAST項目。

沒過多久，他們被拉到FAST的臺址，那是“中國天眼”的“眼窩”所在。有人感慨道，未來，神秘的天文發(fā)現(xiàn)將從這里誕生；也有人感慨，他們所有人的青春，都要圍著這口“大鍋”轉(zhuǎn)了。

那時，剛參加工作3個月的于東俊去現(xiàn)場進行FAST首級控制網(wǎng)穩(wěn)定性監(jiān)測，需要在4個山頂上放置設(shè)備采集數(shù)據(jù)。那是他第一次去山清水秀的貴州，F(xiàn)AST誕生地的神圣畫面在他腦海中幻想了無數(shù)遍。

“可到了現(xiàn)場，才發(fā)現(xiàn)手機沒有信號，吃住就在建筑工地搭建的臨時板房里，身上布滿了蚊蟲叮咬的紅包……”于東俊說。

大窩凼被叢林覆蓋，極其陡峭。第三天，于東俊背著30多斤的設(shè)備去現(xiàn)場采集。山坡上有一個高4米的大石頭，他摳住石頭縫隙，身體重量壓向左側(cè)準備發(fā)力，但沒想到借力處由于長年風化已接近脫落，身體瞬間失去重心，他順勢抓住一個樹枝，落到大石頭下僅10厘米寬的落腳地……

“如果沒有樹枝，身后便是10多米高的深淵。其中的兇險可想而知。”于東俊說。

從1994年選址到2016年FAST正式建成，F(xiàn)AST團隊用了整整22年。

姜鵬有時開玩笑說，南仁東先生挖了一個大“坑”，把100多人都裝進來了。也正是這100多人，把大窩凼變成了一個現(xiàn)代機械美感與自然環(huán)境完美契合的工程奇跡。

第一

FAST的設(shè)計從一開始便沒有任何經(jīng)驗可以借鑒，所有難關(guān)都只能靠自己。

“中國天眼”的設(shè)計不同于世界上已有的單口徑射電望遠鏡，這首先體現(xiàn)在“視網(wǎng)膜”和“瞳孔”的設(shè)計上。“視網(wǎng)膜”指反射面，“瞳孔”指饋源艙，即放置接收宇宙外信號裝置系統(tǒng)的艙體。

作為世界首創(chuàng)，“中國天眼”的“視網(wǎng)膜”是主動反射面，可以改變形狀，一會兒是球面，一會兒是拋物面；“中國天眼”的“瞳孔”也更為“靈動”，采用全新的輕型索驅(qū)動控制系統(tǒng)，可以改變“瞳孔”的角度和位置，有效收集、跟蹤、監(jiān)測更豐富的宇宙電磁波。

40歲的潘高峰在FAST團隊的一項重要工作，是負責大跨度柔性六索并聯(lián)機器人的研制及建設(shè)：一個30噸重的饋源艙，要利用6座鐵塔支撐6根鋼絲繩懸吊，通過同步收放鋼絲繩，拖動饋源艙在直徑為206米、高約140米的球冠面內(nèi)進行運動，實現(xiàn)48毫米的定位精度，姿態(tài)角小于1度。

“匪夷所思的精度控制，這在世界上絕無僅有。”潘高峰和團隊成員研制出耐10萬次彎曲疲勞壽命的動光纜，這個成果達到了相關(guān)標準的100倍。

潘高峰時常慨嘆：在FAST的建設(shè)過程中，經(jīng)常會遇到“山重水復疑無路”的絕境，但有時也能享受到“柳暗花明又一村”的喜悅。

創(chuàng)新的過程中，沒有人能給年輕人一個標準答案。

2005年，孫京海還是南仁東的研究生，便加入FAST團隊，參與饋源支撐系統(tǒng)的仿真和實驗研究。在工程建設(shè)期，他多次分享仿真經(jīng)驗方法，這一從未被嘗試的方法受到了質(zhì)疑，他被問到最多的問題是：你如何證明自己的仿真結(jié)果是對的？

苦于沒有原型的實踐驗證，孫京海沒法證明自己的方法。后來，他有機會承擔了控制系統(tǒng)調(diào)試的任務，為了盡快實現(xiàn)控制指標，他重寫了幾乎全部核心算法代碼，五天五夜的調(diào)試，就為了證明自己的方法是對的。

驗收當天，所有指標一次通過。孫京海說：“那一晚才是睡得最香的。”

2017年10月10日，在北京中科院國家天文臺的辦公大樓里，由FAST捕獲的首批脈沖星信號第一次向外界展示：“嘟嗚嘟……嘟嗚嘟……”“嘟……嘟……”這是來自1.6萬光年外和4100光年外的脈沖信號，像成年人的心跳，短促而有力。

這兩個聲音，讓中國實現(xiàn)“零的突破”：我國自主設(shè)計制造的天文設(shè)備第一次發(fā)現(xiàn)脈沖星。享譽世界的澳大利亞帕克斯射電望遠鏡的科學主管喬治·霍布斯評價：這是國際天文學界目前最令人激動的事件之一。

情懷

說起FAST當年勘查臺址，潘高峰想到這樣一個畫面：那時，南仁東常和年輕人一起，在沒有路的大山里攀爬。

在最陡峭的一個山頂前，大家都勸時年65歲的南仁東在山下等著，看完結(jié)果向他匯報，他卻要和大伙兒一起上去，看看實際情況。

那一年，F(xiàn)AST遇到了一次近乎災難性的波折，即索網(wǎng)的疲勞問題。

姜鵬記得，那時他們從市面上買了大概數(shù)十根鋼索進行實驗，卻沒有一根能滿足要求，于是他們不得不進行了一次大規(guī)模的鋼索疲勞性能實驗研究。

索疲勞實驗枯燥、耗時長，在北京、武漢、廣西等國內(nèi)不同地方開始實驗，兩年多的時間，這群年輕人把FAST最嚴重的一次技術(shù)風險給解決掉了。

43歲的甘恒謙負責FAST電子電氣設(shè)備的運行和維護，在他看來，F(xiàn)AST團隊就像一支有著光榮傳統(tǒng)的隊伍，以南仁東為代表的老一輩科研工作者堅持自主創(chuàng)新，新人一代代地跟上，攻克了眾多FAST建造技術(shù)難題，把一個樸素的想法變成了現(xiàn)在的“中國天眼”。

在這支隊伍里，挑戰(zhàn)權(quán)威是被允許的。

37歲的姚蕊曾面臨饋源艙超重問題，饋源艙接口多，設(shè)計輸入多，為了確保整個饋源支撐系統(tǒng)的安全性，饋源艙的重量閾值是30噸，而饋源艙的詳細設(shè)計一度重量超標到34噸。一個顛覆性的想法推翻了饋源艙設(shè)計方案，將饋源艙的圓柱體變成了“鉆石三角形”。

這意味著前期的工作都被推倒重來。姚蕊拿著方案給南仁東看，心里忐忑。南先生看了一會兒沒說話，過了一會兒道，“好像也不難看”。

就這樣，F(xiàn)AST的外形與布局被重新設(shè)計。

直到現(xiàn)在，姚蕊都不知道當時南仁東覺得“鉆石三角形”的饋源艙是好看還是難看，“但他讓我們做了新的嘗試，讓我們堅持做對的事情。”

2016年9月，F(xiàn)AST項目落成。但南仁東知道，項目落成遠遠不是結(jié)束，而是新一輪挑戰(zhàn)的開始。

“中國天眼”直徑500米，卻要實現(xiàn)毫米級的精度，難度相當大。他帶領(lǐng)的這批年輕人還要在漫長的時光里，在大窩凼與技術(shù)做斗爭，與寂寞做斗爭。

曾有人問潘高峰，像你們這種單位，掙錢少，出差多，也顧不上家，為啥還待在這兒？當時他也不知道怎么回答，只是覺得在這兒工作氛圍舒心，干的活兒也非常感興趣。

直到后來，他聽到一個詞——“情懷”。在他看來，這個詞很準確地形容了他們這群人。他們身上有著深深的“科研情懷”，因此才能耐得住寂寞、坐得住板凳，能在大窩凼堅守下去。

接力

如今，大部分親歷者已經(jīng)記不清FAST最初建設(shè)時有多苦，他們在記憶里拼湊出當時的畫面：那時沒有板房就睡帳篷，被褥里可以擠出水，有人起了一身的紅疹；水質(zhì)不好，沒法洗澡，只能拿毛巾擦一擦，有時一待就是20多天；有了板房，雷雨天一來，一個雷電下來，好多設(shè)備就被雷擊壞了。

姚蕊參加FAST項目已經(jīng)將近16年了，青春的年華都奉獻在了大窩凼。她說：“能參與這樣科技重器的建造，不枉少年。”

在姚蕊看來，年輕時就要拋開世俗欲望，要立大志入主流，上大舞臺做大事，做對個人和國家發(fā)展所需的事情。她慶幸自己能將個人愛好和國家需求結(jié)合在一起。

姚蕊期盼著自己慢慢成長為南仁東先生的樣子，在這里堅守下去。

2021年3月31日起，F(xiàn)AST面向國際開放。

三代人傾注20多年青春的FAST開始眺望宇宙：基于FAST數(shù)據(jù)發(fā)表的高水平論文已有70余篇，所發(fā)現(xiàn)的脈沖星數(shù)量已超過340顆，是同一時期國際上所有其他望遠鏡發(fā)現(xiàn)數(shù)量總和的3倍以上。

12年過去，姜鵬已經(jīng)成為FAST團隊的“老人”。想想自己從20多歲的小伙子，成長為現(xiàn)在FAST項目的總工程師，他說：“如果真的有一天，我們這群人不能再為FAST作更多貢獻，我們要學會放手，要扶持更多年輕人，繼續(xù)接力下去。”

在4月22日舉行的一場媒體溝通會上，姜鵬向記者展示了一張團隊合影：100多人的團隊，用了20多年的青春，鑄就了中國利器。如今老一輩的人大多逝去，青年一代成為主力軍。

恍惚之間，姜鵬好像又回到了多年前，聽到南仁東對他說：姜鵬，你在哪兒，你給我過來。“他永遠都那么不容置疑，雖然我經(jīng)常反抗他……”

標簽： FAST 青春科技