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FAST研制者用青春鑄就科技重器實(shí)現(xiàn)“零的突破”

2021-05-06 10:31:17 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)

如今，最早連接“中國(guó)天眼”夢(mèng)想和現(xiàn)實(shí)的科學(xué)家南仁東已經(jīng)故去，而與南仁東一起見證FAST從無(wú)到有的年輕人則繼承了他的衣缽，堅(jiān)守在西南深山之中。當(dāng)從太空傳來(lái)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(gè)萬(wàn)籟俱寂的地方，讓中國(guó)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(lái)到貴州省平塘縣一個(gè)名為大窩凼的喀斯特洼地。當(dāng)時(shí)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(huì)建起全球最大、最靈敏的單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡“中國(guó)天眼”FAST——一個(gè)全球天文學(xué)家都?jí)裘乱郧蟮目蒲醒b置。

2016年9月25日，“中國(guó)天眼”FAST落成啟用，名噪一時(shí)；2020年1月11日，“中國(guó)天眼”通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，投入運(yùn)行，其綜合性能是世界其他大型射電望遠(yuǎn)鏡的10倍；2021年3月，“中國(guó)天眼”已發(fā)現(xiàn)340余顆脈沖星……再也沒(méi)有人懷疑大窩凼里也能實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想。那時(shí)的FAST，在很多人看來(lái)是一個(gè)遙不可及的夢(mèng)想：口徑500米，面積相當(dāng)于30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)；其“目光”所至，更是能“看穿”130多億光年的區(qū)域，那將無(wú)限接近宇宙邊緣。相應(yīng)地，F(xiàn)AST挑戰(zhàn)之大，可以突破傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡極限能力；建設(shè)條件之苦，苦到?jīng)]幾人愿意來(lái)實(shí)現(xiàn)這份夢(mèng)想。包括姜鵬在內(nèi)的年輕博士，最初也一度懷疑這個(gè)項(xiàng)目“會(huì)不會(huì)是忽悠人的”。

起點(diǎn)

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(guó)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(guò)的，每個(gè)人與FAST的故事起點(diǎn)，就是南仁東——FAST最早提出者之一。

1993年，在日本東京舉行的國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)上，與會(huì)科學(xué)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(yuǎn)鏡”。

以時(shí)任中國(guó)科學(xué)院北京天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)南仁東為首的中國(guó)天文學(xué)家，在會(huì)上提出一個(gè)大膽的方案——在中國(guó)境內(nèi)建造大型單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，而當(dāng)時(shí)中國(guó)最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑只有不到30米。

當(dāng)時(shí)一個(gè)外國(guó)友人向南仁東發(fā)問(wèn)：“你知道500米有多大嗎？”他一下子被問(wèn)住了，因?yàn)?00米在大多數(shù)人心里只是一個(gè)數(shù)字。南仁東說(shuō)，這是他一生遇到的最好的一個(gè)問(wèn)題。

口徑500米，其面積相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)、8個(gè)鳥巢體育場(chǎng)。建造FAST，要找一個(gè)天然的洼地，遠(yuǎn)離大城市、射電干擾小的地方。其間，南仁東走過(guò)數(shù)十個(gè)窩凼，周邊縣里的人幾乎都認(rèn)識(shí)他。

2009年，姜鵬博士一畢業(yè)，就加入了FAST。他剛到單位報(bào)到，就被車?yán)奖本┟茉啤讉€(gè)博士疑惑，“我們以后不會(huì)就干這個(gè)吧？”

同年，負(fù)責(zé)觀測(cè)規(guī)劃和數(shù)據(jù)格式技術(shù)支持的錢磊，也加入FAST項(xiàng)目。

沒(méi)過(guò)多久，他們被拉到FAST的臺(tái)址，那是“中國(guó)天眼”的“眼窩”所在。有人感慨道，未來(lái)，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(shí)，剛參加工作3個(gè)月的于東俊去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行FAST首級(jí)控制網(wǎng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，需要在4個(gè)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(wú)數(shù)遍。

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

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(chǎng)采集。山坡上有一個(gè)高4米的大石頭，他摳住石頭縫隙，身體重量壓向左側(cè)準(zhǔn)備發(fā)力，但沒(méi)想到借力處由于長(zhǎng)年風(fēng)化已接近脫落，身體瞬間失去重心，他順勢(shì)抓住一個(gè)樹枝，落到大石頭下僅10厘米寬的落腳地……

“如果沒(méi)有樹枝，身后便是10多米高的深淵。其中的兇險(xiǎn)可想而知。”于東俊說(shuō)。

從1994年選址到2016年FAST正式建成，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)用了整整22年。

姜鵬有時(shí)開玩笑說(shuō)，南仁東先生挖了一個(gè)大“坑”，把100多人都裝進(jìn)來(lái)了。也正是這100多人，把大窩凼變成了一個(gè)現(xiàn)代機(jī)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(jì)從一開始便沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，所有難關(guān)都只能靠自己。

“中國(guó)天眼”的設(shè)計(jì)不同于世界上已有的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，這首先體現(xiàn)在“視網(wǎng)膜”和“瞳孔”的設(shè)計(jì)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(hào)裝置系統(tǒng)的艙體。

作為世界首創(chuàng)，“中國(guó)天眼”的“視網(wǎng)膜”是主動(dòng)反射面，可以改變形狀，一會(huì)兒是球面，一會(huì)兒是拋物面；“中國(guó)天眼”的“瞳孔”也更為“靈動(dòng)”，采用全新的輕型索驅(qū)動(dòng)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(cè)更豐富的宇宙電磁波。

40歲的潘高峰在FAST團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重要工作，是負(fù)責(zé)大跨度柔性六索并聯(lián)機(jī)器人的研制及建設(shè)：一個(gè)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(guò)同步收放鋼絲繩，拖動(dòng)饋源艙在直徑為206米、高約140米的球冠面內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)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(wú)僅有。”潘高峰和團(tuán)隊(duì)成員研制出耐10萬(wàn)次彎曲疲勞壽命的動(dòng)光纜，這個(gè)成果達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的100倍。

潘高峰時(shí)常慨嘆：在FAST的建設(shè)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到“山重水復(fù)疑無(wú)路”的絕境，但有時(shí)也能享受到“柳暗花明又一村”的喜悅。

創(chuàng)新的過(guò)程中，沒(méi)有人能給年輕人一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)答案。

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

苦于沒(méi)有原型的實(shí)踐驗(yàn)證，孫京海沒(méi)法證明自己的方法。后來(lái)，他有機(jī)會(huì)承擔(dān)了控制系統(tǒng)調(diào)試的任務(wù)，為了盡快實(shí)現(xiàn)控制指標(biāo)，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(duì)的。

驗(yàn)收當(dāng)天，所有指標(biāo)一次通過(guò)。孫京海說(shuō)：“那一晚才是睡得最香的。”

2017年10月10日，在北京中科院國(guó)家天文臺(tái)的辦公大樓里，由FAST捕獲的首批脈沖星信號(hào)第一次向外界展示：“嘟嗚嘟……嘟嗚嘟……”“嘟……嘟……”這是來(lái)自1.6萬(wàn)光年外和4100光年外的脈沖信號(hào)，像成年人的心跳，短促而有力。

這兩個(gè)聲音，讓中國(guó)實(shí)現(xiàn)“零的突破”：我國(guó)自主設(shè)計(jì)制造的天文設(shè)備第一次發(fā)現(xiàn)脈沖星。享譽(yù)世界的澳大利亞帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)主管喬治·霍布斯評(píng)價(jià)：這是國(guó)際天文學(xué)界目前最令人激動(dòng)的事件之一。

情懷

說(shuō)起FAST當(dāng)年勘查臺(tái)址，潘高峰想到這樣一個(gè)畫面：那時(shí)，南仁東常和年輕人一起，在沒(méi)有路的大山里攀爬。

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

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

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

索疲勞實(shí)驗(yàn)枯燥、耗時(shí)長(zhǎng)，在北京、武漢、廣西等國(guó)內(nèi)不同地方開始實(shí)驗(yàn)，兩年多的時(shí)間，這群年輕人把FAST最嚴(yán)重的一次技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)給解決掉了。

43歲的甘恒謙負(fù)責(zé)FAST電子電氣設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)，在他看來(lái)，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)就像一支有著光榮傳統(tǒng)的隊(duì)伍，以南仁東為代表的老一輩科研工作者堅(jiān)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(gè)樸素的想法變成了現(xiàn)在的“中國(guó)天眼”。

在這支隊(duì)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(wèn)題，饋源艙接口多，設(shè)計(jì)輸入多，為了確保整個(gè)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(xì)設(shè)計(jì)一度重量超標(biāo)到34噸。一個(gè)顛覆性的想法推翻了饋源艙設(shè)計(jì)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(lái)。姚蕊拿著方案給南仁東看，心里忐忑。南先生看了一會(huì)兒沒(méi)說(shuō)話，過(guò)了一會(huì)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(jì)。

直到現(xiàn)在，姚蕊都不知道當(dāng)時(shí)南仁東覺(jué)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(jiān)持做對(duì)的事情。”

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

“中國(guó)天眼”直徑500米，卻要實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的精度，難度相當(dāng)大。他帶領(lǐng)的這批年輕人還要在漫長(zhǎng)的時(shí)光里，在大窩凼與技術(shù)做斗爭(zhēng)，與寂寞做斗爭(zhēng)。

曾有人問(wèn)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(dāng)時(shí)他也不知道怎么回答，只是覺(jué)得在這兒工作氛圍舒心，干的活兒也非常感興趣。

直到后來(lái)，他聽到一個(gè)詞——“情懷”。在他看來(lái)，這個(gè)詞很準(zhǔn)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(jiān)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(shí)有多苦，他們?cè)谟洃浝锲礈惓霎?dāng)時(shí)的畫面：那時(shí)沒(méi)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(méi)法洗澡，只能拿毛巾擦一擦，有時(shí)一待就是20多天；有了板房，雷雨天一來(lái)，一個(gè)雷電下來(lái)，好多設(shè)備就被雷擊壞了。

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

在姚蕊看來(lái)，年輕時(shí)就要拋開世俗欲望，要立大志入主流，上大舞臺(tái)做大事，做對(duì)個(gè)人和國(guó)家發(fā)展所需的事情。她慶幸自己能將個(gè)人愛(ài)好和國(guó)家需求結(jié)合在一起。

姚蕊期盼著自己慢慢成長(zhǎng)為南仁東先生的樣子，在這里堅(jiān)守下去。

2021年3月31日起，F(xiàn)AST面向國(guó)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(guò)340顆，是同一時(shí)期國(guó)際上所有其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)數(shù)量總和的3倍以上。

12年過(guò)去，姜鵬已經(jīng)成為FAST團(tuán)隊(duì)的“老人”。想想自己從20多歲的小伙子，成長(zhǎng)為現(xiàn)在FAST項(xiàng)目的總工程師，他說(shuō)：“如果真的有一天，我們這群人不能再為FAST作更多貢獻(xiàn)，我們要學(xué)會(huì)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(chǎng)媒體溝通會(huì)上，姜鵬向記者展示了一張團(tuán)隊(duì)合影：100多人的團(tuán)隊(duì)，用了20多年的青春，鑄就了中國(guó)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(duì)他說(shuō)：姜鵬，你在哪兒，你給我過(guò)來(lái)。“他永遠(yuǎn)都那么不容置疑，雖然我經(jīng)常反抗他……”

標(biāo)簽： FAST 青春科技