作者:张双虎 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/21 0:34:47
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“中国天眼”工程团队:合力走到人类“视界”最前沿

 

1月19日,首届国家工程师表彰奖励大会在人民大会堂举行。与此同时,获奖者之一、中国科学院国家天文台研究员、“中国天眼”(FAST)总工程师姜鹏正在贵州省平塘县大窝凼主持学术会议。

 “我们正在推进望远镜阵列,经费筹措的事情在推进,也有些关键技术需要论证,大家时间很难凑,所以就请假了。”电话那头,姜鹏接连解释说,“我们做出绩,大家都看到了,这个奖颁给我们,既是对南仁东老师的告慰,也是对我们的鞭策鼓励。”

1994年,“人民科学家”“时代楷模”南仁东创建中国天眼工程团队,承担了“中国天眼”建设、调试和运行的重任。30年来,这支队伍常年坚守大山之中,不懈开展原创性技术攻关,为“中国天眼”按时保质建成及高效运行作出了卓越贡献。

南仁东(右一)在现场检查机房施工质量。受访者供图

荜路蓝缕筑“天眼”

1993年,在日本京都举行的国际无线电科学联盟大会上,多国科学家倡议“在全球电波环境继续恶化之前,建造新一代射电望远镜,接收更多来自外太空的讯息”。 

以时任中国科学院北京天文台副台长南仁东为代表的中国天文学家提出一个大胆的设想——在中国建造一座大型单口径射电望远镜。

30年前,中国最大的射电望远镜口径仅25米。以当时的科研水平、基建实力,组织协调能力,建造一个口径500米的“庞然大物”无疑极其大胆、极其超期。前期论证、设计、堪址任务繁杂艰苦,团队为此花了10来多年时间,又在贵州乱石密布的喀斯特石山里,深一脚、浅一脚地走遍近百个洼地,最终确定了大窝凼作为台址。

2009年10月,刚博士毕业的姜鹏拖着行李箱第一次站在大窝凼的基地时,现场的简陋远超他想象。

“那是个几乎与现代文明隔绝的地方,除了几个低矮工棚,四周就是满目青山。”姜鹏回忆说,“那时候年轻,也没觉得条件多艰苦。”

工棚里后来通了电,但总是停。基地没有自来水,他们的生活用水也要在山里取水,因为水源卫生条件有限,很多队员后来都落下了肠胃病。山里手机信号不好,姜鹏记得同事们为打个电话,经常要爬到山头找信号。

最初,队员们的主要工作是了解岩土特性,做“地锚”实验,选择牢固的拉索固定点,测试地锚拉拔力。

“白天做实验、晚上写材料,那段日子很枯燥。”姜鹏说,“工作之余除了爬爬山,就是拔点当地搬走农民留下的萝卜来调剂生活。”

2012年后,FAST工程开始施工一年后,基地的条件才逐步好起来。

姜鹏(右一)等人在做地锚实验。受访者供图 

“难点”最终成“亮点”

2010年,“中国天眼”遇到了一次近乎灾难性的波折。

“当时我们对十余根钢索进行疲劳实验,没有一例能满足要求。”姜鹏说。

然而台址开挖工程已经开始,拉索又是FAST的基础。工程迫在眉睫,但国际国内都没有现成材料可用,甚至连相关文献、实验数据都查不到类似的技术指标。

此时,本硕学习结构工程的力学博士姜鹏主动承担起解决索网疲劳问题的工作。在南仁东指导下,姜鹏和团队开始到全国各地咨询专家、寻找材料,分析关键环节。

“当时拉索单丝疲劳指标没问题,但拧成一股就不行,抗疲劳性能怎么弄都不过关。”姜鹏说,“导致材料问题的技术点很多,而且存在千丝万缕的联系,找出其中关键点非常艰难,但我们从单丝指标分析后,最终将问题锁定在工艺方面。”

团队查阅了很多文献,有人说问题出在受力不均,有人认为是锚固损伤所致,有人觉得是缺陷概率分布的问题,还有人断定是单丝间磨损造成……

团队深入分析后,将解决单丝磨损作为主攻方向。为此,姜鹏到企业去做实验、制订改进措施,最终用涂层工艺解决了丝间磨损。此外,他们还改进锚固方法,创新地研究出新型“复合锚固技术”,既避免传统热熔方法改变钢丝表面力学性能,又消除了夹持对材料的损伤。在此基础上,团队又通过改善张拉工艺,让拉索产生塑形变形之后均匀受力。

两年的大规模疲劳试验,上百次实验失败后,他们终于研制出超高耐疲劳钢索,支撑起“中国天眼”的“视网膜”。

此后,团队又先后攻克多项世界级技术难题。研制出世界唯一一个采用主动变位工作方式的超大型索网结构;建设了世界上最大跨度柔性索驱动的馈源高精度定位系统,利用6根钢索将30吨馈源舱内的并联机器人控制至抛物面焦点位置达到毫米级的动态定位精度。团队还研制出满足10万次的耐弯曲疲劳寿命的动光缆,攻克了缆线入舱方案中信号传输“生命线”难关。将一个个“难点”干成了“亮点”。

团队在讨论望远镜控制方案。受访者供图

将FAST精神传下去

FAST开工建设后,更多的团队成员开始了异地坚守、舍家拼搏的奉献之旅。他们远离家人,常年驻守在大窝凼现场,有为了工作愧对自己1岁孩子的年轻妈妈;有只身一人在现场采集数据、维护机器,不怕蚊虫蛇鼠,就害怕断电的女汉子;有用瘦弱肩膀扛起30多斤仪器,奔走在山路、基墩上完成测量任务的年轻小伙儿。

住简易工棚、吃工地食堂、用公共浴室和野外卫生间……

在这样的条件下,他们硬是高质量完成了“中国天眼”工程建设,为“追赶、领先、跨越”的FAST精神做了最好的注解。

2017年初,现任中国天眼工程团队负责人姜鹏从南仁东手中接过接力棒,带领团队承担起望远镜的调试任务。口径500米的望远镜,在调试之初庞大又脆弱,牵一发而动全身,稍有闪失,就可能功亏一篑。那段日子,姜鹏的神经一直紧绷着,随时都有各种意想不到的突发问题需要解决。

“这期间有太多难忘的瞬间。”姜鹏感慨,“每当我迷茫的时候,都是团队的成员们给我力量和帮助。在大家的努力和支持下,我们最终顺利完成了调试任务。”

2017年8月27日,“中国天眼”第一次实现对特定目标的追踪观测,稳定地获取目标源射电信号。那一刻,大伙心里的石头终于落了地。在国家验收会议上,专家组认为FAST工程建设实现了我国射电天文望远镜从追赶到领先的跨越,并实现了多项自主创新,显著提升了我国射电天文研究能力和技术水平,推动了相关产业技术的革新与发展,产生了较大的社会经济效益。FAST综合性能达到国际领先水平,对促进我国天文学实现重大原创突破具有重要意义。

运行至今,FAST发现的脉冲星总数超过870颗,是国际上同时期所有其它望远镜发现脉冲星总数的3倍以上,在脉冲星、快速射电暴及引力波探测等领域产出一系列世界级成果,有11篇论文在《自然》《科学》上发表,相关成果入选2020年《自然》和《科学》评选的十大突破和发现,2021、2022连续两年入选中国十大科学进展。在中国科学院组织的国家重大科技基础设施评选中,“中国天眼”连续两年荣获年度优秀设施第一名的佳绩。

“随着FAST运行时间变长,设备维护压力更大。同时我们还要考虑未来的发展。”姜鹏说,“国际上同类设备在争分夺秒地规划研制,很多指标都对标FAST,如果我们稍有松懈,就难以让中国天文学家站在射电波段视野的最前沿。”

姜鹏认为,团队取得这样的成绩,最重要的是前后几代人围绕一个目标,朝着一个方向努力,能长期坚持做一件事情。

“‘破四唯、五唯’问题在我们团队从来都不存在。”姜鹏补充说,“我们关注的只有一点,精打细磨自己的工作,把事情做踏实做好。”

该团队目前有150多人,其中有很多年轻人。如果从发表论文,产生各种人才“帽子“的数量看,姜鹏认为团队做得并不“成功”。

“30多年来,团队成员都在默默奉献。从某种意义上说,大家牺牲了个体的眼前利益,才成就了团队的事业。我们是一个个‘螺丝钉’,但我们形成了合力。”姜鹏说,“现在大科学装置建设、先进设备研发、大科学工程实施,我们非常需要这种甘于奉献、耐得住寂寞、能脚踏实地做事的‘螺丝钉’精神。”

 

 
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