科技日報(bào)記者 都芃
臨近“十一”長假，貴州省平塘縣又變得熱鬧起來。如今，這里是研學(xué)游熱門目的地，許多孩子趁假期來看位于群山之中的大國重器——全球最大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡、被譽(yù)為“中國天眼”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報(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，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，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，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)過的鋼索疲勞性能。
記者：您和團(tuán)隊(duì)是如何應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的？
姜鵬：我們首先計(jì)算出望遠(yuǎn)鏡未來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，并不斷地對其進(jìn)行測試。
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)果沒有一種達(dá)到使用要求。這對我們來說是非常沉重的打擊。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，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。要想達(dá)到足夠精度，需精心調(diào)試測量、控制系統(tǒng)。
舉例來說，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。宇宙中的射電信號極其微弱，信號打到FAST反射面上，經(jīng)過反射，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，通過整體聯(lián)調(diào)，F(xiàn)AST實(shí)現(xiàn)了對固定目標(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，長期與家人分居兩地是我們共同要面對的問題。
“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題，我們應(yīng)用了很多技術(shù)手段，比如無人機(jī)巡檢。
記者：FAST正式運(yùn)行以來取得累累碩果。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，而且非常罕見地處于一種類似“破繭成蝶”的變化過程中。
記者：當(dāng)時(shí)科學(xué)家是怎么觀測到這一變化的？
姜鵬：很多人以為，成果是FAST直接觀測所得，其實(shí)不然。FAST最初傳來的就是一大堆數(shù)據(jù)。科學(xué)家對這些數(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)非常枯燥。但FAST取得的每個(gè)成果，都離不開工作人員日復(fù)一日細(xì)心、耐心的工作。
記者：目前，F(xiàn)AST年觀測時(shí)間穩(wěn)定在5300小時(shí)左右，幾乎“全年無休”。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)鏡受天氣影響無法觀測。
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)場值班。
同時(shí)，我們通過設(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)真對待可能出現(xiàn)的問題，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，慢慢地也開始在FAST運(yùn)行中發(fā)揮中流砥柱的作用。
記者：著眼未來發(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。總體來說，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，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)是培養(yǎng)FAST相關(guān)人才的主要機(jī)構(gòu)。
記者：作為大國重器，F(xiàn)AST備受關(guān)注。從調(diào)試到運(yùn)行，您面對重重壓力、挑戰(zhàn)，是如何堅(jiān)持下來的？
姜鵬：在建設(shè)和調(diào)試過程中，我和團(tuán)隊(duì)成員常遇到“山窮水盡疑無路”的困境，感覺快堅(jiān)持不下去了。一位同事老哥跟我說，他是靠著情懷坐“冷板凳”，熬過許多年。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未來發(fā)展，您和團(tuán)隊(duì)還將開展哪些工作？
姜鵬：接下來，我們最重要的工作，依舊是做好運(yùn)行，服務(wù)好國內(nèi)外科學(xué)家，爭取讓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
記者第一次見到姜鵬是在今年初的第十四屆全國人民代表大會(huì)第一次會(huì)議第二場代表通道上。作為貴州省全國人大代表，他在通道上分享了FAST近年來取得的成就。原本話不多的他，說起這些成果時(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。這在當(dāng)時(shí)看來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，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)幾乎沒有經(jīng)驗(yàn)可循。多少次，研制團(tuán)隊(duì)被撲面而來的問題“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，建立起適用于FAST的測量控制方法體系。
過程是痛苦的，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重器。
姜鵬用“夢幻”來形容這段旅程。他說：“這是一個(gè)把不可能變成可能的過程，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。”
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。
人物剪影
姜鵬，F(xiàn)AST總工程師、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)副臺(tái)長，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。
