“中國天眼”工程團(tuán)隊(duì)：走到人類“視界”最前沿

張雙虎

2024年1月19日，“國家工程師獎(jiǎng)”表彰大會(huì)在人民大會(huì)堂隆重舉行。這是首次以黨中央、國務(wù)院名義開展“國家工程師獎(jiǎng)”表彰。81名個(gè)人被授予“國家卓越工程師”稱號，50個(gè)團(tuán)隊(duì)被授予“國家卓越工程師團(tuán)隊(duì)”稱號。

當(dāng)天，獲獎(jiǎng)?wù)咧?、中國科學(xué)院國家天文臺研究員、“中國天眼”（FAST）總工程師姜鵬正在貴州省平塘縣大窩凼主持一場學(xué)術(shù)會(huì)議。由于團(tuán)隊(duì)正在推進(jìn)望遠(yuǎn)鏡陣列的事情，有些關(guān)鍵技術(shù)需要論證，所以表彰大會(huì)姜鵬只能請假了?！澳軌颢@得這份榮譽(yù)，既是對南仁東老師的告慰，也是對我們的鞭策和鼓勵(lì)。”

“人民科學(xué)家”“時(shí)代楷?！蹦先蕱|在 1994年創(chuàng)建的FAST工程團(tuán)隊(duì)，承擔(dān)了FAST建設(shè)、調(diào)試和運(yùn)行的重任。30年來，這支隊(duì)伍常年堅(jiān)守大山深處，堅(jiān)持不懈開展原創(chuàng)性技術(shù)攻關(guān)，為FAST按時(shí)保質(zhì)建成及高效運(yùn)行作出了卓越貢獻(xiàn)。

篳路藍(lán)縷筑“天眼”

1993年，在日本京都舉行的國際無線電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)上，多國科學(xué)家倡議“在全球電波環(huán)境繼續(xù)惡化之前，建造新一代射電望遠(yuǎn)鏡，接收更多來自外太空的訊息”。

以時(shí)任中國科學(xué)院北京天文臺副臺長南仁東為代表的中國天文學(xué)家提出了一個(gè)大膽的設(shè)想——在中國建造一座大型單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。

30年前，中國最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑僅為25米。以我國當(dāng)時(shí)的科研水平、基建實(shí)力以及組織協(xié)調(diào)能力，建造一座口徑500米的“龐然大物”的想法極其大膽。由于前期論證、設(shè)計(jì)、勘址任務(wù)繁雜艱苦，團(tuán)隊(duì)為此花費(fèi)了十余年時(shí)間，深一腳、淺一腳走遍了貴州省境內(nèi)近百個(gè)喀斯特洼地，最終確定將大窩凼作為天文臺臺址。

2009年10月，當(dāng)博士畢業(yè)的姜鵬拖著行李箱第一次站在大窩凼基地時(shí)，現(xiàn)場的簡陋狀況遠(yuǎn)超他的想象。

“那里是個(gè)與現(xiàn)代文明幾乎隔絕的地方，滿目青山，只有幾個(gè)低矮的工棚。”姜鵬說，“我那時(shí)候年輕，沒覺得條件有多艱苦。”

據(jù)他回憶，工棚里后來通了電，但總是停；基地沒有自來水，他們只能去山里取水，因?yàn)樗葱l(wèi)生條件有限，很多隊(duì)員后來都落下了腸胃病；山里手機(jī)信號不好，隊(duì)員們打電話經(jīng)常要爬上山頭找信號……

FAST工程施工一年后，基地的條件才逐漸好起來。

“難點(diǎn)”最終成“亮點(diǎn)”

2010年，F(xiàn)AST工程遇到了一次近乎災(zāi)難性的波折。

“當(dāng)時(shí)我們對十余根鋼索進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)，沒有一根能滿足要求?！苯i說。

然而臺址開挖工程已經(jīng)開啟，拉索又是FAST的基礎(chǔ)。工程建設(shè)迫在眉睫，國內(nèi)外卻沒有現(xiàn)成的材料可用，甚至在相關(guān)文獻(xiàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中都查不到類似的技術(shù)指標(biāo)。

此時(shí)，本科和碩士階段學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)工程的力學(xué)博士姜鵬主動(dòng)承擔(dān)起解決索網(wǎng)疲勞問題的工作。在南仁東的指導(dǎo)下，姜鵬和團(tuán)隊(duì)成員開始到全國各地咨詢專家、尋找材料、分析關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

“當(dāng)時(shí)拉索單絲疲勞指標(biāo)沒問題，但擰成一股就不行，抗疲勞性能怎么都過不了關(guān)。”姜鵬說，“導(dǎo)致材料問題的技術(shù)點(diǎn)很多，而且存在千絲萬縷的聯(lián)系，找出其中關(guān)鍵點(diǎn)非常艱難，但我們分析了單絲指標(biāo)后，最終將問題鎖定在工藝上?！?/p>

團(tuán)隊(duì)查閱了很多文獻(xiàn)，有人說問題出在受力不均，有人認(rèn)為是錨固損傷所致，有人覺得是缺陷概率分布問題，還有人斷定是因單絲間磨損造成……

經(jīng)過深入分析后，團(tuán)隊(duì)最終將解決單絲間磨損問題作為主攻方向。為此，姜鵬到企業(yè)去做實(shí)驗(yàn)、制定改進(jìn)措施，最終用涂層工藝解決了單絲間磨損問題。

兩年大規(guī)模疲勞實(shí)驗(yàn)、上百次實(shí)驗(yàn)失敗后，他們終于研制出超高耐疲勞鋼索，支撐起FAST的“視網(wǎng)膜”。

此后，團(tuán)隊(duì)又先后破解了多項(xiàng)世界級技術(shù)難題：研制出世界唯一一個(gè)采用主動(dòng)變位工作方式的超大型索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，建設(shè)了世界上最大跨度柔性索驅(qū)動(dòng)的饋源高精度定位系統(tǒng)，研制出滿足10萬次的耐彎曲疲勞壽命的動(dòng)光纜……最終，他們將一個(gè)個(gè)“難點(diǎn)”干成了“亮點(diǎn)”。

“天眼”背后的“鐵軍”

“中國天眼”背后，是一支托舉起大國重器的科研“鐵軍”，面對惡劣的自然環(huán)境和零起步的科研項(xiàng)目，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)30年如一日，默默堅(jiān)守，攻堅(jiān)克難。

FAST團(tuán)隊(duì)中有將年幼的孩子留給愛人照顧的爸爸；有只身一人在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)、維護(hù)機(jī)器，不怕蚊蟲蛇鼠，就怕斷電的“女漢子”；有用瘦弱肩膀扛起30多斤儀器，奔走在山路、基墩上完成測量任務(wù)的年輕小伙兒。

住簡易工棚、吃工地食堂、用公共浴室和野外衛(wèi)生間……在這樣艱苦的條件下，F(xiàn)AST團(tuán)隊(duì)硬是高質(zhì)量完成了FAST工程建設(shè)，為“追趕、領(lǐng)先、跨越”的FAST精神作出最好的注解。

2008年，潘高峰博士畢業(yè)后加入FAST團(tuán)隊(duì)。他說，十幾年風(fēng)風(fēng)雨雨一路走來，經(jīng)常能遇到“山重水復(fù)疑無路”的絕境，也能享受到“柳暗花明又一村”的喜悅。

現(xiàn)為FAST中心綜合管理部主任的潘高峰，先后完成FAST饋源支撐六塔選址、大跨度柔性六索并聯(lián)機(jī)器人研制建設(shè)、動(dòng)光纜研制等任務(wù)。

清華學(xué)子姚蕊攻讀研究生階段便進(jìn)入FAST項(xiàng)目組，如今已成長為FAST中心機(jī)械組組長。在FAST建設(shè)期間，她探索解決FAST饋源艙超重問題的創(chuàng)新方法，最終摒棄多年圓柱體形狀的設(shè)計(jì)方案，創(chuàng)造性研制了現(xiàn)在的“鉆石三角形”饋源艙。

團(tuán)隊(duì)的孫京海、甘恒謙、于東駿、錢磊……幾乎每個(gè)人都有說不完的故事。

將FAST精神傳下去

2017年初，姜鵬從南仁東手中接過“接力棒”，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)起望遠(yuǎn)鏡的調(diào)試任務(wù)?？趶?00米的望遠(yuǎn)鏡，在調(diào)試之初龐大又脆弱，牽一發(fā)而動(dòng)全身，稍有閃失就可能功虧一簣。那段日子，姜鵬的神經(jīng)一直緊繃著，隨時(shí)解決各種意想不到的突發(fā)問題。

“這期間有太多難忘的瞬間?！苯i感慨，“每當(dāng)我迷茫的時(shí)候，都是團(tuán)隊(duì)成員給了我力量和幫助?！?/p>

2017年8月27日，F(xiàn)AST第一次實(shí)現(xiàn)對特定目標(biāo)的追蹤觀測，穩(wěn)定地獲取目標(biāo)源射電信號。那一刻，大伙兒心里的石頭終于落了地。

在國家驗(yàn)收會(huì)議上，專家組認(rèn)為FAST工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)了我國射電天文望遠(yuǎn)鏡從追趕到領(lǐng)先的跨越，并實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)自主創(chuàng)新，顯著提升了我國射電天文研究能力和技術(shù)水平。

運(yùn)行至今，F(xiàn)AST發(fā)現(xiàn)的脈沖星總數(shù)超過870顆，是國際上同時(shí)期其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)脈沖星總數(shù)的三倍以上。

“隨著FAST運(yùn)行時(shí)間變長，設(shè)備維護(hù)壓力越來越大。同時(shí)，我們還要考慮未來的發(fā)展?！苯i說，“國際上同類設(shè)備在爭分奪秒地規(guī)劃研制，很多指標(biāo)都對標(biāo)FAST，如果我們稍有松懈，中國天文學(xué)家就可能‘失守射電波段視野的最前沿。”

姜鵬認(rèn)為，團(tuán)隊(duì)取得這樣的成績，最重要的原因是幾代人圍繞一個(gè)目標(biāo)、朝著一個(gè)方向努力，長期堅(jiān)持做一件事情?！拔覀冴P(guān)注的只有一點(diǎn)——精細(xì)打磨，把工作做實(shí)、做好?！?/p>

“30多年來，團(tuán)隊(duì)成員都在默默奉獻(xiàn)，大家犧牲了個(gè)體的眼前利益，成就了團(tuán)隊(duì)的事業(yè)。我們是一個(gè)個(gè)‘螺絲釘，但形成了合力。”姜鵬說，“現(xiàn)在大科學(xué)裝置建設(shè)、先進(jìn)設(shè)備研發(fā)、大科學(xué)工程實(shí)施，非常需要這種甘于奉獻(xiàn)、耐得住寂寞、腳踏實(shí)地做事的‘螺絲釘精神?！?/p>

（摘自《中國科學(xué)報(bào)》）