敢為人先建“天眼”

潘德鑫　歐東衢

20多年前，一群中國科學家以“敢為天下先”的豪情壯志，在全世界都沒有現成經驗的情況下，讓看似“空中樓閣”的“中國天眼”（FAST）最終得以屹立在貴州的群山之中。

從選址、建設、調試、運營，“中國天眼”每一個環節、每一塊面板、每一行代碼，都凝結著中國智慧和中國創造。

近年來，以“中國天眼”為代表的一個個重大科技項目，不斷刷新著我國科技發展的高度。榮耀背后，與一系列關鍵核心技術的突破密不可分。而突破力量的源泉，就厚植于自立自強的創新土壤之中。

如果要問，“中國天眼”最大的特點是什么？除去科學上的價值，或許可以用六個字來概括：敢創新，能創新。

500米口徑，總面積達到25萬平方米，相當于30個標準足球場那么大。20世紀90年代，“中國天眼”設想提出時，大膽到有些突兀，當時中國最大的射電望遠鏡口徑不到30米。口徑500米的“中國天眼”，可將類太陽星巡視目標擴大至少5倍。

為了使人類有能力探索更多未知星體、未知宇宙現象、未知宇宙規律，也為縮小中國在天文領域與世界先進水平的差距，以南仁東、姜鵬等為代表的科學家、工程師，毅然承擔了這個很多人認為“不可能完成”的任務。

獨一無二的科學工程，沒有經驗可循，注定會面臨史無前例的挑戰。

2011年3月，“中國天眼”正式開工建設。為加快工期，臺址開挖和裝置本身部件的設計同步進行。反射面板如“中國天眼”的“視網膜”，索網則是支撐“視網膜”的“神經系統”。“中國天眼”反射面板雖只有1毫米厚，也要使用2000多噸鋁合金，其索網結構是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的，對抗疲勞性能的要求極高，現有鋼索都難堪重任。

FAST運行和發展中心常務副主任、總工程師姜鵬帶著一幫年輕人，用整整兩年時間，進行了大規模的鋼索疲勞試驗。近百次失敗，從千頭萬緒中不斷探尋解決問題的關鍵，終于攻克超高強度、抗反復拉伸的鋼索，首創主動變形反射面，使望遠鏡覆蓋40度天頂角，成功支撐起“中國天眼”的“視網膜”。

創新無捷徑，唯有敢攀登。

2016年9月25日，“中國天眼”宣告落成啟用，向全球工程界貢獻了大科學工程的中國經驗和創新實踐：4450個反射單元構成的反射面；6根鋼索控制的30噸饋源艙，可以在140米高空、206米的尺度范圍內實時定位；在500米的尺度上測量角度精確到8角秒；超高耐疲勞鋼索在200萬次循環加載條件下可達500MPa應力幅，國際上尚無先例。

落成啟用，施工方松了口氣，但FAST運營團隊的每一個人心里都清楚，真正的挑戰才剛剛開始：“世界最大”的目標實現了，還要調整成為“世界最靈敏”。

望遠鏡調試工作極具挑戰，一般傳統望遠鏡的調試周期至少需要四年。FAST的調試難度更大，不僅涉及眾多學科及專業的交叉應用，同時也存在巨大的安全風險。

FAST運行和發展中心電子與電氣工程部主任甘恒謙表示，FAST變電站會產生很強的電磁干擾，任何一處干擾控制不好就會影響監測，需要安裝高壓濾波器。之前使用的是薄膜電容器，這本是一種在很多工程中得到驗證的成熟設備，但用在FAST就不行，承受不了高壓的薄膜被擊穿。

當發現這一問題時，整個FAST的調試已經開始，只能自己突破。經過近兩年的摸索與試驗，把傳統陶瓷電容改造成穿心電容，最終的濾波效果特別好。

調試階段碰到的另一個難題是控制系統推翻重建。“積木搭好了，卻發現各部分無法有效連接，望遠鏡不能按照總控的指令高效運行。”FAST運行和發展中心測量與控制工程部主任孫京海說。

為了盡快開發出新的控制系統，孫京海幾乎重寫了全部核心算法代碼。記不清熬了多少個夜、錯過了多少頓飯，最終，在正式測試時，一套為FAST量身定制的控制系統，所有指標一次通過。

經過三年多的艱苦調試，“中國天眼”于2020年1月11日通過國家驗收。借助“中國天眼”超高的靈敏度，國家天文臺已經將脈沖星的計時精度提升至世界原有水平的50倍左右，這將有可能使人類首次具備極低頻的納赫茲引力波的探測能力。

“中國天眼”的建造，無疑是飽含戰略眼光的超前部署。

20世紀90年代，當國際上還在為新一代大射電望遠鏡怎么建、在哪建爭論不休時，以南仁東為首的中國科技工作者提出這一極富挑戰、近乎天馬行空的設想，并且得到了國家支持。

“獨立自主建，利用喀斯特地貌建，技術不成熟就一邊研究一邊建。”南仁東等人明確了這三條后，連望遠鏡要落戶的喀斯特洼坑在哪都不知道，就開始干了。

看似“不合理”現象的背后，是以南仁東等為代表的中國天文學家們，努力縮小與世界先進水平差距的迫切愿望和責任擔當。

第一個挑戰，就是選址。FAST的理想建造地對地形、地質、水文等都有著極高要求，為了給望遠鏡找個最合適的“家”，當時快50歲的南仁東帶著團隊與300多幅衛星遙感圖，風餐露宿地奔走于貴州大山深處。12年時間里，他們幾乎走遍了貴州所有的喀斯特洼地，最終從300多個候選洼地里，選擇了平塘縣大窩凼——最適合“天眼”的深深“眼窩”。

重大科技創新，考驗的不僅是科技實力，更是綜合國力。人、財、物各方面的大量投入，讓當代的重大科技創新成為一項繁雜的系統工程。

“中國天眼”5公里范圍被劃定為核心區，30公里范圍被劃定為電磁波寧靜區后，克度鎮和塘邊鎮共1410戶6633名村民搬出大山。

如果沒有國家的大力支持和統籌安排，沒有集中力量辦大事的制度優勢，可能就不會有今天的“中國天眼”。

敢為人先的魄力、追求極致的毅力和持之以恒的定力，這既是“中國天眼”的成功秘訣，也是我們勇攀世界科技高峰、加快建設科技強國、實現科技自立自強的重要法寶。

中國創新，仍在不斷拓展“中國天眼”的效率和視界。

（摘自七一網 七一客戶端/《瞭望》）