科技日報記者 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。

近日，F(xiàn)AST總工程師姜鵬接受科技日報記者采訪，講述研制團(tuán)隊砥礪奮斗、攻堅克難的建設(shè)歷程。

“起步晚就要比別人走得快一點”

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，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，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)時外界看好嗎？

姜鵬：當(dāng)時各種聲音都有，有期待更有質(zhì)疑，因為難度實在太大了。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)從未被實現(xiàn)過的鋼索疲勞性能。

記者：您和團(tuán)隊是如何應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的？

姜鵬：我們首先計算出望遠(yuǎn)鏡未來30年內(nèi)的運行軌跡。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，計算出每根鋼索在未來30年內(nèi)的應(yīng)力時程曲線，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)，得出一個研制目標(biāo)。瞄準(zhǔn)這個目標(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)時我們從市面上買了十余根鋼索進(jìn)行疲勞實驗，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)動了。

記者：除此之外，在FAST建造調(diào)試過程中團(tuán)隊還面臨哪些困難？

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)鏡日常運行、維護(hù)以及落實FAST科學(xué)委員會制定的時間分配方案等。

記者：日常運行中會遇到哪些挑戰(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)、運行的安全，還要保證包括運行維護(hù)人員的安全。

比如，長時間降雨后，望遠(yuǎn)鏡周圍山體是否會掉落巖石、威脅望遠(yuǎn)鏡安全；工作人員高空檢修作業(yè)時，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，比如無人機巡檢。

記者：FAST正式運行以來取得累累碩果。在諸多成果中，哪一項您印象較深？

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，其實不然。FAST最初傳來的就是一大堆數(shù)據(jù)?？茖W(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，運行望遠(yuǎn)鏡的工作其實非?？菰?。但FAST取得的每個成果，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年觀測時間穩(wěn)定在5300小時左右，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小時都有人現(xiàn)場值班。

同時，我們通過設(shè)立獎懲制度，鼓勵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，我們會給予提出者獎勵。這主要是為了鼓勵每個人認(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)定運行。

“常遇到‘山窮水盡疑無路’的困境”

記者：目前FAST運行團(tuán)隊成員的年齡、專業(yè)構(gòu)成是怎樣的？

姜鵬：FAST運行團(tuán)隊成員中，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，近年來也有不少新鮮血液加入。這些年輕人敢想敢干、勇于實踐，慢慢地也開始在FAST運行中發(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?？傮w來說，F(xiàn)AST所需的科研人才團(tuán)隊會根據(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，我們的人才隊伍比較穩(wěn)定。除了少數(shù)方向外，大部分研究方向人才儲備相對充足。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。目前，中國科學(xué)院國家天文臺是培養(yǎng)FAST相關(guān)人才的主要機構(gòu)。

記者：作為大國重器，F(xiàn)AST備受關(guān)注。從調(diào)試到運行，您面對重重壓力、挑戰(zhàn)，是如何堅持下來的？

姜鵬：在建設(shè)和調(diào)試過程中，我和團(tuán)隊成員常遇到“山窮水盡疑無路”的困境，感覺快堅持不下去了。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，給自己一個堅持的理由。

記者：著眼FAST未來發(fā)展，您和團(tuán)隊還將開展哪些工作？

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，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第一次會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，侃侃而談，雙目炯炯有神。

姜鵬是一個典型的“理工男”，說起個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)項目的真實性后，便義無反顧投身其中。

吸引姜鵬的是FAST項目的不可思議和“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)。姜鵬恰恰是一個好奇心重、喜歡解難題的人。這臺望遠(yuǎn)鏡幾乎滿足了他對一個傳奇工程所有的期待和設(shè)想。姜鵬想知道，這個“瘋狂”的項目將如何完成。

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)驗可循。多少次，研制團(tuán)隊被撲面而來的問題“卡得幾乎一動不動”。他至今記得許多個日日夜夜，時任FAST總工程師南仁東和團(tuán)隊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，體會到了崗位的壓力與責(zé)任。他曾帶領(lǐng)團(tuán)隊成員連續(xù)三個春節(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會體驗的。”

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)隊成員繼續(xù)前進(jìn)，保持并擴大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)院國家天文臺副臺長，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運行和發(fā)展規(guī)劃。