科技日?qǐng)?bào)記者 都芃
臨近“十一”長(zhǎng)假,貴州省平塘縣又變得熱鬧起來(lái)。如今,這里是研學(xué)游熱門目的地,許多孩子趁假期來(lái)看位于群山之中的大國(guó)重器——全球最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡、被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)。
“天眼”難建。從2011年3月開(kāi)始,數(shù)千名科學(xué)家、工程師和建設(shè)者深入貴州省平塘縣的山谷,用工匠精神精雕“眼窩”、勾勒“眼底”、密布“神經(jīng)”……2016年7月3日,隨著最后一塊反射面板安裝完成,F(xiàn)AST主體工程完工。這支團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)了巨型望遠(yuǎn)鏡建設(shè)的新模式,為大科學(xué)工程建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
近日,F(xiàn)AST總工程師姜鵬接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪,講述研制團(tuán)隊(duì)砥礪奮斗、攻堅(jiān)克難的建設(shè)歷程。
“起步晚就要比別人走得快一點(diǎn)”
記者:在FAST建成前,我國(guó)最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑不足30米。我們?yōu)槭裁匆隹趶?00米、世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡?
姜鵬:射電望遠(yuǎn)鏡于上世紀(jì)30年代才被發(fā)明出來(lái),發(fā)展至今不到百年。但在這期間,射電天文取得非常豐碩的成果,極大地拓展了人類視野。我國(guó)射電天文學(xué)研究起步較晚。起步晚就要比別人走得快一點(diǎn),否則永遠(yuǎn)趕不上。
通常來(lái)講,射電望遠(yuǎn)鏡口徑越大,綜合性能越強(qiáng),越有可能助力產(chǎn)出重大科研成果。1994年,南仁東先生回國(guó),決心建一個(gè)世界最大的單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡,讓中國(guó)天文學(xué)家走在世界射電天文的最前列。
記者:一下子要做到世界最大,當(dāng)時(shí)外界看好嗎?
姜鵬:當(dāng)時(shí)各種聲音都有,有期待更有質(zhì)疑,因?yàn)殡y度實(shí)在太大了。有人覺(jué)得工程技術(shù)難度大,有人認(rèn)為方案不合理。我們團(tuán)隊(duì)只有把望遠(yuǎn)鏡做出來(lái),才能回應(yīng)所有質(zhì)疑。
記者:建造“世界最大”給團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了哪些困難?
姜鵬:FAST工作方式比較特殊,其500米跨度的索網(wǎng)經(jīng)常在球面和拋物面之間變化,拉索的最大工作應(yīng)力幅達(dá)到500兆帕,是傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的2.5倍以上。這是全世界范圍內(nèi)從未被實(shí)現(xiàn)過(guò)的鋼索疲勞性能。
記者:您和團(tuán)隊(duì)是如何應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的?
姜鵬:我們首先計(jì)算出望遠(yuǎn)鏡未來(lái)30年內(nèi)的運(yùn)行軌跡。以這些軌跡為基礎(chǔ),我們進(jìn)行了大規(guī)模的力學(xué)仿真,計(jì)算出每根鋼索在未來(lái)30年內(nèi)的應(yīng)力時(shí)程曲線,進(jìn)而得到疲勞損傷分布圖。
然后,我們根據(jù)這些數(shù)據(jù),再把各類不確定性因素考慮在內(nèi),得出一個(gè)研制目標(biāo)。瞄準(zhǔn)這個(gè)目標(biāo),我們聯(lián)系合適的廠家研制鋼索,并不斷地對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。
我還記得,當(dāng)時(shí)我們從市面上買了十余根鋼索進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn),結(jié)果沒(méi)有一種達(dá)到使用要求。這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是非常沉重的打擊。我們用了兩年時(shí)間,經(jīng)歷近百次失敗后,最終和廠家合作研制出適用于FAST的成品鋼索。
記者:FAST的調(diào)試周期非常長(zhǎng),主要困難在哪里?
姜鵬:FAST作為世界一流的射電望遠(yuǎn)鏡,僅僅“大”是不夠的,還必須精準(zhǔn)。在500米的結(jié)構(gòu)中,反射面、索網(wǎng)、框架、接收器,每一部分的位移精度都要控制在毫米級(jí)。要想達(dá)到足夠精度,需精心調(diào)試測(cè)量、控制系統(tǒng)。
舉例來(lái)說(shuō),我們把FAST比作眼睛,吊在反射面上空的饋源艙就是它的瞳孔。宇宙中的射電信號(hào)極其微弱,信號(hào)打到FAST反射面上,經(jīng)過(guò)反射,會(huì)匯集到饋源艙。FAST饋源艙的體積很小,重量只有30多噸。世界第二大射電望遠(yuǎn)鏡阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的饋源艙重量是1000多噸。饋源艙個(gè)頭越小,對(duì)光路的遮擋越少,望遠(yuǎn)鏡“看”得越清楚。
但饋源艙被吊在距地面140米的高空,下面是反射面。我們要不斷調(diào)整反射面和饋源艙的位置、角度,使它們匹配得更好,讓FAST視野更清晰。調(diào)試誤差都是以毫米計(jì)算的。
經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試,我們慢慢把FAST從“近視眼”調(diào)到了正常視力。此外,通過(guò)整體聯(lián)調(diào),F(xiàn)AST實(shí)現(xiàn)了對(duì)固定目標(biāo)的跟蹤,即“天眼”的眼球可以正常轉(zhuǎn)動(dòng)了。
記者:除此之外,在FAST建造調(diào)試過(guò)程中團(tuán)隊(duì)還面臨哪些困難?
姜鵬:FAST位于野外山區(qū),在建設(shè)階段,當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施還不完善,工作人員的飲用水、通信、醫(yī)療都是大問(wèn)題。等到調(diào)試階段,工作人員的生活條件有了很大改善。但由于身處偏遠(yuǎn)山區(qū)、與世隔絕,長(zhǎng)期與家人分居兩地是我們共同要面對(duì)的問(wèn)題。
“望遠(yuǎn)鏡不‘休息’我們就不下班”
記者:您目前所在的FAST運(yùn)行和發(fā)展中心的日常工作主要有哪些?
姜鵬:中心的主要工作包括望遠(yuǎn)鏡日常運(yùn)行、維護(hù)以及落實(shí)FAST科學(xué)委員會(huì)制定的時(shí)間分配方案等。
記者:日常運(yùn)行中會(huì)遇到哪些挑戰(zhàn)?
姜鵬:最大的挑戰(zhàn)是安全問(wèn)題。我們不僅要保證望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)、運(yùn)行的安全,還要保證包括運(yùn)行維護(hù)人員的安全。
比如,長(zhǎng)時(shí)間降雨后,望遠(yuǎn)鏡周圍山體是否會(huì)掉落巖石、威脅望遠(yuǎn)鏡安全;工作人員高空檢修作業(yè)時(shí),人身安全是否保障到位……為了最大限度避免安全問(wèn)題,我們應(yīng)用了很多技術(shù)手段,比如無(wú)人機(jī)巡檢。
記者:FAST正式運(yùn)行以來(lái)取得累累碩果。在諸多成果中,哪一項(xiàng)您印象較深?
姜鵬:印象深的成果有很多。比如,最近我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一顆處于雙星系統(tǒng)中的脈沖星。它的軌道周期只有53分鐘,是迄今為止發(fā)現(xiàn)的軌道周期最短的脈沖星,而且非常罕見(jiàn)地處于一種類似“破繭成蝶”的變化過(guò)程中。
記者:當(dāng)時(shí)科學(xué)家是怎么觀測(cè)到這一變化的?
姜鵬:很多人以為,成果是FAST直接觀測(cè)所得,其實(shí)不然。FAST最初傳來(lái)的就是一大堆數(shù)據(jù)??茖W(xué)家對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致研究后,才可能獲得一些新發(fā)現(xiàn)。
因此,運(yùn)行望遠(yuǎn)鏡的工作其實(shí)非??菰?。但FAST取得的每個(gè)成果,都離不開(kāi)工作人員日復(fù)一日細(xì)心、耐心的工作。
記者:目前,F(xiàn)AST年觀測(cè)時(shí)間穩(wěn)定在5300小時(shí)左右,幾乎“全年無(wú)休”。這是如何做到的?
姜鵬:首先要保證望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)性能,這就靠前面所說(shuō)的大量日常運(yùn)行維護(hù)工作。比如,我們要研判貴州野外環(huán)境中復(fù)雜的氣候,避免望遠(yuǎn)鏡受天氣影響無(wú)法觀測(cè)。
此外,要合理安排工作人員。望遠(yuǎn)鏡不“休息”我們就不下班,24小時(shí)都有人現(xiàn)場(chǎng)值班。
同時(shí),我們通過(guò)設(shè)立獎(jiǎng)懲制度,鼓勵(lì)大家積極提出工作中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題以及合理化建議。一旦建議被采納,我們會(huì)給予提出者獎(jiǎng)勵(lì)。這主要是為了鼓勵(lì)每個(gè)人認(rèn)真對(duì)待可能出現(xiàn)的問(wèn)題,防患于未然,保證望遠(yuǎn)鏡安全穩(wěn)定運(yùn)行。
“常遇到‘山窮水盡疑無(wú)路’的困境”
記者:目前FAST運(yùn)行團(tuán)隊(duì)成員的年齡、專業(yè)構(gòu)成是怎樣的?
姜鵬:FAST運(yùn)行團(tuán)隊(duì)成員中,天文學(xué)專業(yè)出身的不多,大多數(shù)是工科出身。目前,團(tuán)隊(duì)主力的年齡在40歲上下,是最早參與FAST建設(shè)、調(diào)試的那批人。同時(shí),近年來(lái)也有不少新鮮血液加入。這些年輕人敢想敢干、勇于實(shí)踐,慢慢地也開(kāi)始在FAST運(yùn)行中發(fā)揮中流砥柱的作用。
記者:著眼未來(lái)發(fā)展,您認(rèn)為FAST更需要哪類科研人才?
姜鵬:FAST所需的科研人才要根據(jù)不同研究方向而定。比如,現(xiàn)在我們希望開(kāi)展脈沖星時(shí)間基準(zhǔn)相關(guān)研究,那么就需要從事脈沖星物理研究的人才。除此之外,我們還希望探索綜合孔徑陣列,這就需要精通陣列數(shù)據(jù)處理技術(shù)的人才??傮w來(lái)說(shuō),F(xiàn)AST所需的科研人才團(tuán)隊(duì)會(huì)根據(jù)研究方向的變化而更加多元。
記者:FAST地處偏僻山區(qū),如何引進(jìn)、留住優(yōu)秀人才?
姜鵬:整體來(lái)看,我們的人才隊(duì)伍比較穩(wěn)定。除了少數(shù)方向外,大部分研究方向人才儲(chǔ)備相對(duì)充足。FAST相關(guān)研究創(chuàng)新性要求很高,從業(yè)人員需有深厚的專業(yè)背景和一定的經(jīng)驗(yàn)。目前,中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)是培養(yǎng)FAST相關(guān)人才的主要機(jī)構(gòu)。
記者:作為大國(guó)重器,F(xiàn)AST備受關(guān)注。從調(diào)試到運(yùn)行,您面對(duì)重重壓力、挑戰(zhàn),是如何堅(jiān)持下來(lái)的?
姜鵬:在建設(shè)和調(diào)試過(guò)程中,我和團(tuán)隊(duì)成員常遇到“山窮水盡疑無(wú)路”的困境,感覺(jué)快堅(jiān)持不下去了。一位同事老哥跟我說(shuō),他是靠著情懷坐“冷板凳”,熬過(guò)許多年。很多年后,我才明白,所謂情懷就是,在找不到理由時(shí),給自己一個(gè)堅(jiān)持的理由。
記者:著眼FAST未來(lái)發(fā)展,您和團(tuán)隊(duì)還將開(kāi)展哪些工作?
姜鵬:接下來(lái),我們最重要的工作,依舊是做好運(yùn)行,服務(wù)好國(guó)內(nèi)外科學(xué)家,爭(zhēng)取讓FAST產(chǎn)出更多重大成果。同時(shí),我們希望進(jìn)一步完善FAST的性能,比如改善分辨率、提升靈敏度等;提升FAST部分關(guān)鍵技術(shù)裝備的國(guó)產(chǎn)化水平,讓FAST處在射電天文領(lǐng)域最前列。
記者手記
記者第一次見(jiàn)到姜鵬是在今年初的第十四屆全國(guó)人民代表大會(huì)第一次會(huì)議第二場(chǎng)代表通道上。作為貴州省全國(guó)人大代表,他在通道上分享了FAST近年來(lái)取得的成就。原本話不多的他,說(shuō)起這些成果時(shí),侃侃而談,雙目炯炯有神。
姜鵬是一個(gè)典型的“理工男”,說(shuō)起個(gè)人生活總是支支吾吾,但談到技術(shù)馬上變得滔滔不絕。
姜鵬喜愛(ài)有挑戰(zhàn)的工作。博士畢業(yè),看到FAST招聘通知,他在反復(fù)確認(rèn)項(xiàng)目的真實(shí)性后,便義無(wú)反顧投身其中。
吸引姜鵬的是FAST項(xiàng)目的不可思議和“瘋狂”。一張500米直徑的索網(wǎng),不僅能變形,控制精度還達(dá)到毫米級(jí)。這在當(dāng)時(shí)看來(lái)似乎是不可能完成的任務(wù)。巨大的工程體量,超高的精度要求,極特殊的工作方式,構(gòu)成了前所未有的技術(shù)挑戰(zhàn)。姜鵬恰恰是一個(gè)好奇心重、喜歡解難題的人。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡幾乎滿足了他對(duì)一個(gè)傳奇工程所有的期待和設(shè)想。姜鵬想知道,這個(gè)“瘋狂”的項(xiàng)目將如何完成。
不過(guò),難度還是超出了姜鵬的想象。作為世界最大的射電望遠(yuǎn)鏡,F(xiàn)AST采取了全新結(jié)構(gòu),建設(shè)幾乎沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可循。多少次,研制團(tuán)隊(duì)被撲面而來(lái)的問(wèn)題“卡得幾乎一動(dòng)不動(dòng)”。他至今記得許多個(gè)日日夜夜,時(shí)任FAST總工程師南仁東和團(tuán)隊(duì)成員為此殫精竭慮的樣子。
進(jìn)入調(diào)試階段后,姜鵬接替南仁東擔(dān)任FAST總工程師,體會(huì)到了崗位的壓力與責(zé)任。他曾帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員連續(xù)三個(gè)春節(jié)奮戰(zhàn)在工程現(xiàn)場(chǎng),建立起適用于FAST的測(cè)量控制方法體系。
過(guò)程是痛苦的,但姜鵬認(rèn)為自己是幸運(yùn)的。他慶幸自己遇到了能讓他沉浸其中、傾其所有的傳奇工程,并在社會(huì)各界的支持下,造出了這一舉世矚目的大國(guó)重器。
姜鵬用“夢(mèng)幻”來(lái)形容這段旅程。他說(shuō):“這是一個(gè)把不可能變成可能的過(guò)程,其中的成就感和滿足感不是所有人都有機(jī)會(huì)體驗(yàn)的?!?/p>
如今,在全球范圍內(nèi),F(xiàn)AST是領(lǐng)先的,但姜鵬知道這樣的領(lǐng)先來(lái)之不易。他將和團(tuán)隊(duì)成員繼續(xù)前進(jìn),保持并擴(kuò)大FAST的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
人物剪影
姜鵬,F(xiàn)AST總工程師、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng),主要從事射電天文技術(shù)與方法研究工作,目前全面負(fù)責(zé)FAST運(yùn)行和發(fā)展規(guī)劃。