从“中国天眼”看到青年力量

中国青年报

发布时间: 05-0419:12中国青年报社

12年前,31岁的博士毕业生姜鹏拎着行李,来到贵州省平塘县一个名为大窝凼的喀斯特洼地,他怎么也想象不到,眼前不通路、不通电、几乎与现代文明隔绝的大窝凼,几年之后会建起全球最大最灵敏的单口径球面射电望远镜——“中国天眼”FAST,一个全球天文学家都梦寐以求的科研装置。

那时的FAST,在很多人看来还是一个遥不可及的梦想,梦想很大:口径500米,相当于30个标准足球场那么大,如果往里面倒满矿泉水,全世界70亿人平均每人可分4瓶;其目光所至,更是能“看穿”130多亿光年的区域,那将无限接近宇宙边缘。相应地,FAST挑战之大,大到可以突破传统望远镜极限能力;建设条件现实之苦,苦到没几人愿意来实现这份梦想,即便是包括姜鹏在内的年轻博士,最初也一度怀疑这个项目“会不会是忽悠人的”。

2016年9月25日,“中国天眼”FAST落成启用,名噪一时;2020年1月11日,“中国天眼”通过国家验收,投入运行,其综合性能是世界其他大型射电望远镜的十倍;2021年3月,“中国天眼”已发现340余颗脉冲星……再也没有人怀疑大窝凼里也能实现梦想。

如今,最早连接“中国天眼”梦想和现实的科学家南仁东,已经驾鹤西去;跟在南仁东身边见证FAST从无到有的年轻人,则继承了他的衣钵,坚守在西南深山之中。当从遥远的太空传来的电磁波落在群山环抱的大窝凼里,信号流淌进计算机集群,计算机沉默地跑着数据,身处大山中这群平均年龄才30多岁的年轻人,要从这个万籁俱寂的地方,让中国睁开“天眼”看穿星辰。

图为中国天眼FAST望远镜实景。中科院国家天文台供图

起点

姜鹏,潘高峰,岳友岭,于东俊,孙京海,甘恒谦,钱磊,姚蕊,李辉……他们是“中国天眼”青年力量中的代表,他们中每一个人的青春,几乎都是在大窝凼里度过的,每个人围绕FAST都有一段长长的故事,而所有的故事都指向同一个起点,这个起点就是南仁东——FAST最早提出者之一。

1993年,在日本东京举行的国际无线电科学联盟大会上,与会科学家提出,要在全球电波环境恶化到“不可收拾”之前,建造新一代射电“大望远镜”。

以时任中国科学院北京天文台副台长南仁东为首的中国天文学家,在会上提出一个大胆的方案——在中国境内建造大型单口径射电望远镜,而当时中国最大的射电望远镜口径只有不到30米。

当时一个外国友人向南仁东发问:“你知道500米有多大吗?”他一下子被问住了,因为500米在大多数人心里都是数字,很难真正想象它的尺寸。南仁东说,这是他一生遇到的最好的一个问题。

FAST口径达500米,其面积相当于30个足球场、8个“鸟巢”体育场,要找一个天然的洼地,远离大城市、射电干扰小的地方。那期间,南仁东走过数十个窝凼,周边县里的人几乎都认识南仁东——“一开始人们以为发现了矿,后来说发现‘外星人’”。

2009年,姜鹏博士一毕业,就加入了FAST。他从学校刚到单位报到,就被车拉到北京密云。第一天和同事们抬着近500公斤的反射面板,从东边跑到了西边,几个博士疑惑,“我们以后不会就干这个吧?”

也是那一年,负责观测规划和数据格式技术支持的钱磊,也加入了FAST项目。他至今记得,当天南仁东请他和同事在食堂吃了午饭,聊了未来的工作,算是简单的欢迎仪式。

没过多久,他们被拉到了FAST的台址,那是“中国天眼”的“眼窝”所在。有人感慨道,未来,神秘的天文发现将从这里诞生;也有人感慨,他们所有人的青春,都要围着这口“大锅”转了。

图为“中国天眼”FAST研制团队的部分成员。中科院国家天文台供图。

那时,刚参加工作3个月的于东俊去现场进行FAST首级控制网稳定性监测,需要在4个山顶上放置设备采集数据。那是他第一次出公差,第一次坐飞机,第一次去山清水秀的贵州,FAST诞生地的神圣画面在他脑海中幻想了无数遍。

“可到了现场,才发现手机没有信号,吃住就在建筑工地搭建的临时板房里,身上布满了蚊虫叮咬的红包……”于东俊说。

大窝凼被丛林覆盖,极其陡峭。第三天,这位生长在平原地带的小伙儿,背着30多斤的设备去现场采集。山坡中腰有一个坡度近90度、高4米的大石头,仅有三个凸起部分可供借力攀岩,于东俊用左手抠出石头缝隙,身体重量压向左侧,准备发力,但没想到,借力处由于喀斯特地貌常年风化已接近脱落,身体瞬间失去重心,出于本能反应,他右手顺势抓住了一个树枝,借助树枝的力落到了大石头下面仅10厘米宽的落脚地,右手被树枝上乱刺划出了血……

“这已经是不幸中的万幸,如果没有树枝,身后便是10多米高的深渊。其中的凶险可想而知。”于东俊说。

从1994年选址到2016年FAST正式建成,FAST团队用了整整22年。

姜鹏有时开玩笑说:南仁东先生挖了一个大“坑”,把一百多人都装进来了。也正是这一百多人,把大窝凼变成了一个现代机械美感与自然环境完美契合的工程奇迹。

第一

FAST的设计从一开始便是史无前例的,没有任何经验可以借鉴,如何设计,如何实现,建成之后如何调试,以及如何使用等等,所有的难关都只能靠自己。

“中国天眼”的设计不同于世界上已有的单口径射电望远镜,这首先体现在“视网膜”和“瞳孔”的设计上。“视网膜”指反射面;“瞳孔”指馈源舱,即放置接收宇宙外信号装置系统的舱体。

作为世界首创,“中国天眼”的“视网膜”是主动反射面,可以改变形状,一会儿是球面,一会儿是抛物面;“中国天眼”的“瞳孔”也更为“灵动”,采用全新的轻型索驱动控制系统,可以改变“瞳孔”角度和位置,有效地收集、跟踪、监测更丰富的宇宙电磁波。

40岁的潘高峰在FAST团队的一项重要工作,是负责大跨度柔性六索并联机器人的研制及建设:一个30吨重的馈源舱,要利用6座铁塔支撑6根钢丝绳悬吊,通过同步收放钢丝绳,拖动馈源舱在直径为206米、高约140米的球冠面内进行运动,实现48毫米的定位精度,姿态角小于1度。

“匪夷所思的精度控制,这在世界上绝无仅有。”潘高峰和团队成员研制出耐10万次弯曲疲劳寿命的动光缆,这个成果达到了相关要求的100倍。

潘高峰时常慨叹:在FAST的建设过程中,经常会遇到山穷水尽疑无路的绝境,但有时也能享受到柳暗花明又一村的喜悦。

创新的过程中,没有人能给年轻人一个标准答案。

2005年,孙京海还是南仁东的研究生,便加入FAST团队,参与馈源支撑系统的仿真和实验研究。在工程建设期,他多次分享仿真经验方法,这一从未被尝试的方法受到了质疑,他被问到最多的问题是:你如何证明自己的仿真结果是对的?

苦于没有原型的实践验证,孙京海没法证明自己的方法。后来,他有机会承担了控制系统调试的任务,为了尽快实现控制指标,他独自重写了几乎全部核心算法代码,没时间吃饭就不吃,需要赶进度就不睡觉,五天五夜的调试,就为了证明自己的方法是对的。

验收当天,所有指标一次通过。孙京海说,“那一晚才是睡得最香的。”

2017年10月10日,在北京四环外中科院国家天文台的办公大楼里,由FAST捕获的首批脉冲星信号第一次向外界展示——“嘟呜嘟——嘟呜嘟——”“嘟——嘟——”这是来自1.6万光年外和4100光年外的脉冲信号,像是成年人的心跳,短促而有力。

这两个声音,让中国实现了一个“零的突破”:我国自主设计制造的天文设备第一次发现脉冲星。享誉世界的澳大利亚帕克斯射电望远镜的科学主管乔治·霍布斯评价:这是国际天文学界目前最令人激动的事件之一。

情怀

说起FAST当年勘察台址,潘高峰想到这样一个画面:那时,南仁东常和年轻人一起,在没有路的大山里攀爬。

在最陡峭的一个山顶前,大家都劝时年65岁的南仁东在山下等着,看完结果向他汇报,他却要和大伙儿一起上去,看看实际情况。南仁东这么大岁数还要亲自上去踏勘,搞得在场几个设计院的老总也不好意思,纷纷跟着爬上去了,其中一个院长还穿着西装、皮鞋。

那一年,FAST遇到了一次近乎灾难性的波折,即索网的疲劳问题。

姜鹏记得,那时他们从市面上买了大概数十根钢索进行实验,却没有一根能满足要求,于是他们不得不进行了一次大规模的钢索疲劳性能实验研究。他说,这可能也是新中国以来,能查到资料范围内最大规模的一次索疲劳实验。

索疲劳实验枯燥、耗时长,在北京,在武汉,在广西,全国不同的地方开始实验,两年多的时间,这群年轻人把FAST最严重的一次技术风险给解决掉了。

43岁的甘恒谦负责FAST电子电气设备的运行和维护,在他看来, FAST团队就像是一支有着光荣传统的队伍,以南仁东为代表的老一辈科研工作者,坚持自主创新,新人一代代地跟上,攻克了众多FAST建造技术难题,把一个朴素的想法变成了现在的“中国天眼”。

在这支队伍里,挑战权威是被允许的。

37岁的姚蕊曾面临馈源舱超重问题,馈源舱接口多,设计输入多,为了确保整个馈源支撑系统的安全性,馈源舱的重量阈值是30吨,而馈源舱的详细设计一度重量超标到34吨。一个颠覆性的想法出现,推翻馈源舱设计方案,将馈源舱的圆柱体变成了“钻石三角形”。

这意味着前期的工作都被推倒重来。姚蕊拿着方案给南仁东看,心里忐忑。南先生看了一会儿没说话,过了一会儿道,“好像也不难看。”

就这样,FAST的外形与布局被重新设计。

直到现在,姚蕊都不知道当时南仁东觉得“钻石三角形”的馈源舱是好看还是难看,“但他让我们做了新的尝试,让我们坚持做对的事情。”

2016年9月,FAST项目落成。南仁东和两位朋友合影,一旁的友人笑容灿烂,但南仁东眉头紧锁,皱成“川”字。他知道,项目落成远远不是结束,而是新一轮挑战的开始。

“中国天眼”直径500米,却要实现毫米级的精度,难度相当大。他带领的这批年轻人,还要在漫长的时光里,在大窝凼与技术作斗争,与寂寞作斗争。

曾有人问潘高峰,像你们这种单位,挣钱少,出差多,也顾不上家,为啥还待在这儿?当时他也不知道怎么回答,只是觉得在这儿工作氛围舒心,干的活也非常感兴趣。

直到后来,他听到一个词——“情怀”,在他看来这个词很准确地形容了他们这群人。他们身上有着深深的“科学情怀”,因为此才有那么多的人能够耐得住寂寞,坐得住板凳,能在大窝凼坚守下去。

接力

如今,大部分的亲历者已经记不清FAST最初建设时有多苦,他们在零星的记忆里拼凑出当时的画面:那时没有板房就睡帐篷,被褥里可以挤出水,有人起了一身的红疹;水质不好,没法洗澡,只能拿毛巾擦一擦,有时一待就得20多天;有了板房,雷雨天一来,一个雷电下来,好多设备就被雷击坏了。

苦吗?难吗?姚蕊参加FAST项目已经将近16年了,青春的年华都奉献在了大窝凼。她说:“参加到这样科技重器,不枉少年。”

在姚蕊看来,年轻的时候就要抛开世俗欲望,要立大志入主流,上大舞台做大事,做对个人和国家发展所需的事情。她庆幸自己能将个人爱好和国家需求结合在一起。

姚蕊期盼着自己慢慢成长为南仁东先生的样子,在这里坚守下去。

打扮得像个背包客的岳友岭,可以从FAST讲到脉冲星再讲到黑洞,绕一圈再讲回FAST,连续讲两个小时。问他为什么这么喜欢留在FAST,他拍着大腿说:“我觉得这个事情特别有意思,特别有趣!就是……就是你小时候学过的那些事,现在终于可以自己亲手做了!”

2021年3月31日起,FAST面向国际开放。

三代人倾注20多年青春的FAST开始眺望宇宙:基于FAST数据发表的高水平论文已有70余篇,所发现的脉冲星数量已超过340颗,是同一时期国际上所有其它望远镜发现数量总和的3倍以上。

12年过去,姜鹏已经成为FAST团队的“老人”。想想自己从20多岁蹦蹦跳跳的小伙子,到现在FAST项目的总工程师,他说,“如果真的有一天,我们这群人不能再为FAST做更多的贡献,我们要学会放手,要扶持更多的年轻人,继续接力下去。”

在4月22日举行的一场媒体沟通会上,姜鹏向记者展示了一张团队合影:100多人的团队,用了20多年的青春,铸就了中国利器。如今老一辈的人大多逝去,青年一代成为主力军。

这张团队照的正中间,是南仁东。

恍惚之间,姜鹏好像又回到了多年前,听到南仁东对他说:姜鹏,你在哪儿,你给我过来。“他永远都那么地不容置疑,虽然我经常反抗他……”

来源:中国青年报客户端

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