“没人告诉你可以怎么做,谁也没有把握自己的方法一定行。”姜鹏告诉《瞭望》新闻周刊记者,“反复试验、多次失败、越挫越勇”的艰难攻关几乎贯穿了FAST建设阶段的每一个环节。在建设阶段,“中国天眼”获得了钢结构、自动化产业、机械工业、创新设计、测绘地理信息技术、电磁兼容研发、建设工程等10余个领域的国家大奖。
创新无捷径,唯有敢攀登。
2016年9月25日,“中国天眼”宣告落成启用,向全球工程界贡献了大科学工程的中国经验和创新实践:4450个反射单元构成的反射面;6根钢索控制的30吨馈源舱,可以在140米高空、206米的尺度范围内实时定位;500米的尺度上测量角度精确到8角秒;超高耐疲劳钢索在200万次循环加载条件下可达500MPa应力幅,国际上尚无先例。
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7月24日拍摄的“中国天眼”夜景(维护保养期间拍摄,无人机光绘)。繁星之下,被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜呈现出别样的美丽。新华社记者 欧东衢 摄
【严谨求实展极限】
落成启用,施工方松了口气,但FAST运营团队的每一个人心里都清楚,真正的挑战才刚刚开始:“世界最大”的目标实现了,还要调整成为“世界最灵敏”。
望远镜调试工作极具挑战,一般传统望远镜的调试周期至少需要四年。FAST的调试难度更大,不仅涉及众多学科及专业的交叉应用,同时也存在巨大的安全风险。
“睡觉时,如有人一直在旁边打呼噜就很难睡着。对FAST也是如此,电磁干扰就像旁人打的呼噜,不解决就无法正常工作。”FAST运行和发展中心电子与电气工程部主任甘恒谦说,FAST是一个庞大的系统,所有带电设备都会产生电磁干扰,任何一处干扰控制不好就会影响监测。
FAST变电站会产生很强的电磁干扰,需要安装高压滤波器。之前使用的是薄膜电容器,这本是一种在很多工程中得到验证的成熟设备,但用在FAST就不行,承受不了高压的薄膜被击穿。
甘恒谦说,发现问题时,整个FAST的调试已经开始,去找厂家解决问题时间来不及,也不一定能找到解决办法,只能自己突破。经过近2年的摸索与试验,把传统陶瓷电容改造成穿心电容,最终的滤波效果特别好。
“中国天眼”世界最大、最灵敏的特性,激发了很多特殊的技术需求,需要中国科学家们充分发挥主观能动性和创造力,在不断“挑战认知和技术极限”、不断“发现问题、解决问题”中优化升级。
调试阶段碰到的另一个难题是控制系统推翻重建。“积木搭好了,却发现各部分无法有效连接,望远镜不能按照总控的指令高效运行。”FAST运行和发展中心测量与控制工程部主任孙京海说,“简单的修复解决不了问题,这个系统是别人开发的,我们把控不了,必须果断放弃,换系统。”
为了尽快开发出新的控制系统,孙京海几乎独自重写了全部核心算法代码。记不清熬了多少个夜、错过多少顿饭,他心里只有一个想法:不能让工程调试进度耽误在自己这里。最终,在正式测试时,一套为FAST量身定制的控制系统,所有指标一次通过。
记者问:“当时有把握开发出新系统吗?”他说:“也没把握一定能找到新路,但我们肯定老路一定是行不通了。”
日拱一卒无有尽,功不唐捐终入海。经过3年多的艰苦调试,“中国天眼”于2020年1月11日通过国家验收。借助“中国天眼”超高的灵敏度,国家天文台已经将脉冲星的计时精度提升至世界原有水平的50倍左右,这将有可能使人类首次具备极低频的纳赫兹引力波的探测能力。
“天眼”问天,没有终点。姜鹏坦言,如果只把FAST当成一个望远镜、一台监测设备,现在已经达标了。但要维持FAST世界领先的地位,我们的创新就不能停下来,我们会倾尽全力让FAST稳定性更好、运行效率更高。
【持之以恒探苍穹】
“中国天眼”的建造,无疑是饱含战略眼光的超前部署。
20世纪90年代,当国际上还在为新一代大射电望远镜怎么建、在哪建争论不休时,以南仁东为首的中国科技工作者提出这一极富挑战、近乎天马行空的设想,并且得到了国家支持。
“独立自主建”“利用喀斯特地貌建”“技术不成熟就一边研究一边建”。南仁东等人明确了这三条后,连望远镜要落户的喀斯特洼坑在哪都不知道,就开始干了。
看似“不合理”现象的背后,是以南仁东等为代表的中国天文学家们,努力缩小与世界先进水平差距的迫切愿望和责任担当。