FAST研制者用青春鑄就科技重器 實現(xiàn)“零的突破”

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(xué)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(dāng)從太空傳來的電磁波落在群山環(huán)抱的大窩凼里,這群均年齡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,來到貴州省塘縣一個名為大窩凼的喀斯特洼地。當(dāng)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(yuǎn)鏡“中國天眼”FAST——一個全球天文學(xué)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,其綜合能是世界其他大型射電望遠(yuǎn)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(dāng)于30個標(biāo)準(zhǔn)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”。

如今,最早連接“中國天眼”夢想和現(xiàn)實的科學(xué)家南仁東已經(jīng)故去,而與南仁東一起見證FAST從無到有的年輕人則繼承了他的衣缽,堅守在西南深山之中。當(dāng)從太空傳來的電磁波落在群山環(huán)抱的大窩凼里,這群均年齡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。

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(xué)聯(lián)盟大會上,與會科學(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”。

以時任中國科學(xué)院北京天文臺副臺長南仁東為首的中國天文學(xué)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(yuǎn)鏡,而當(dāng)時中國最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑只有不到30米。

當(dāng)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(dāng)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(yuǎn)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(rèn)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?yán)奖本┟茉啤讉€博士疑惑,“我們以后不會就干這個吧?”

同年,負(fù)責(zé)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(jìn)行FAST首級控制網(wǎng)穩(wěn)定監(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(jī)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(zhǔn)備發(fā)力,但沒想到借力處由于長年風(fēng)化已接脫落,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(tuán)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(jìn)來了。也正是這100多人,把大窩凼變成了一個現(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(yuǎn)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(tuán)隊的一項重要工作,是負(fù)責(zé)大跨度柔六索并聯(lián)機(jī)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(jìn)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(tuán)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(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的100倍。

潘高峰時??畤@:在FAST的建設(shè)過程中,經(jīng)常會遇到“山重水復(fù)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(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,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(jī)會承擔(dān)了控制系統(tǒng)調(diào)試的任務(wù),為了盡快實現(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的。

驗收當(dāng)天,所有指標(biāo)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(yuǎn)鏡的科學(xué)主管喬治·霍布斯評價:這是國際天文學(xué)界目前最令人激動的事件之一。

情懷

說起FAST當(dāng)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遇到了一次乎災(zāi)難的波折,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(jìn)行實驗,卻沒有一根能滿足要求,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(yán)重的一次技術(shù)風(fēng)險給解決掉了。

43歲的甘恒謙負(fù)責(zé)FAST電子電氣設(shè)備的運行和維護(hù),在他看來,F(xiàn)AST團(tuán)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,饋源艙的重量閾值是30噸,而饋源艙的詳細(xì)設(shè)計一度重量超標(biāo)到34噸。一個顛覆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(dāng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dāng)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(dāng)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(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(dāng)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16年了,青春的年華都奉獻(xiàn)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(yuǎn)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(tuán)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(xiàn),我們要學(xué)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(tuán)隊合影:100多人的團(tuán)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(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

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