中國(guó)“天眼”領(lǐng)先世界20年 可探索地外文明宇宙起源

記者爬1500級(jí)臺(tái)階拍攝的“FAST”。

“FAST”總工藝師王啟明。(受訪者提供)

　　7月3日，直徑500米的球面射電望遠(yuǎn)鏡“FAST”在貴州架設(shè)完成，它是目前世界上最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，同時(shí)也是我國(guó)迄今為止最大的天文工程。

　　如今，位于黔南的這口“大鍋”儼然成為全世界關(guān)注的熱點(diǎn)，它甚至成了改變中國(guó)天文史的標(biāo)志物。

　　“FAST”是如何建成的？它究竟有多牛？又將為中國(guó)的天文科考帶來(lái)哪些深遠(yuǎn)影響？昨日，廣州日?qǐng)?bào)記者專訪了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)“FAST”項(xiàng)目總工藝師王啟明。王啟明表示，這臺(tái)巨型射電望遠(yuǎn)鏡創(chuàng)造了很多奇跡，體現(xiàn)了我國(guó)日臻進(jìn)步的自主創(chuàng)新能力，未來(lái)也將推動(dòng)我國(guó)在天線制造技術(shù)、微波電子技術(shù)、并聯(lián)機(jī)器人、大跨度結(jié)構(gòu)、公里范圍高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量等高新技術(shù)的發(fā)展。

　　“太累了，我10點(diǎn)半才回到住處?！苯衲?5歲的王啟明顯得很疲憊，嗓子有些沙啞?！癋AST”建成后，他一直在協(xié)調(diào)后期調(diào)試工作，一天要開好幾場(chǎng)會(huì)。

　　按計(jì)劃，這口“大鍋”要調(diào)試兩個(gè)月，到9月底才投入使用。王啟明從2000年就參與了這個(gè)項(xiàng)目，至今已有16年，他把一生中最美好的青春年華都獻(xiàn)給了“FAST”。

　　“當(dāng)年這個(gè)項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)，我還是年輕小伙子呢，現(xiàn)在我兩鬢都有白頭發(fā)了”理工科出身的王啟明是個(gè)性格爽朗的人，但說(shuō)起FAST，王啟明還是感慨萬(wàn)千，他把這個(gè)項(xiàng)目比喻成一個(gè)慢慢長(zhǎng)大的孩子。

　　為“FAST”選“家”風(fēng)餐露宿

　　為什么要建這么一口“大鍋”？王啟明解釋，這就像用“鍋蓋天線”收看衛(wèi)星電視一樣，鍋蓋的口徑越大，電視畫面就也越清晰。對(duì)于射電望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，口徑越大，看得越遠(yuǎn)。全世界的射電天文學(xué)家都追求建造更大口徑的望遠(yuǎn)鏡，以提高靈敏度。此前，世界上口徑最大的射電望遠(yuǎn)鏡是美國(guó)阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡，口徑300米。

　　近40年來(lái)，涉及天文學(xué)的10項(xiàng)諾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果中，6項(xiàng)是通過(guò)射電天文手段取得的。射電天文學(xué)，已經(jīng)成為孕育重大天文發(fā)現(xiàn)的搖籃。

　　王啟明說(shuō)，1994年4月，中科院國(guó)家天文臺(tái)就開始了選址工作。大口徑射電望遠(yuǎn)鏡的選址，地貌要最接近天線鍋的形狀，這樣方便建造，工程量小，不用開山炸石，同時(shí)附近5至10公里范圍內(nèi)不能有電磁波信號(hào)發(fā)射。

　　為了給這口“大鍋”安家，團(tuán)隊(duì)成員幾乎把貴州的喀斯特地貌區(qū)“挖”了個(gè)遍，同時(shí)有兩路人馬獨(dú)立搜尋，初步確定了300多個(gè)候選洼坑。然后又通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬工程填挖量，從中選出30多個(gè)實(shí)地考察，最后才選中了不大不小、深度合適、形狀很圓、適于施工建設(shè)的“大窩凼”，“大窩凼”的喀斯特地質(zhì)條件可以保障雨水向地下泄流，不在表面淤積而損壞望遠(yuǎn)鏡。

　　王啟明回憶說(shuō)：“當(dāng)時(shí)在戶外工作，風(fēng)餐露宿，渴了就喝一口溪水，餓了，就吃幾口隨身帶的干糧，冬天饅頭硬得像石頭，牙都崩掉了一個(gè)。有時(shí)候，一個(gè)星期都不能下山?！?/p>

　　22年建起世界最牛“天眼”

　　起初，因?yàn)橘Y金嚴(yán)重短缺，有人建議說(shuō)口徑能不能減小一點(diǎn)，400米算了。但最終，科研團(tuán)隊(duì)還是頂住了壓力，堅(jiān)持不縮小口徑。2007年7月10日，F(xiàn)AST項(xiàng)目正式立項(xiàng)，王啟明記得，那一天，他流下了激動(dòng)的淚水。

　　從此，王啟明過(guò)上了北京、貴州“兩點(diǎn)一線”的日子。挖臺(tái)址，治理邊坡，用了9個(gè)月；安裝圈梁，用了17個(gè)月。

　　2014年7月17日，團(tuán)隊(duì)開始為FAST制造和安裝索網(wǎng)，是FAST工程的一大技術(shù)難點(diǎn)；這是世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也是世界上第一個(gè)采用變位工作方式的索網(wǎng)體系，6670根主索和2225根下拉索完整地拼出了“天眼”的索網(wǎng)，很快索驅(qū)動(dòng)工程相繼完工。索網(wǎng)建成，反射面安裝工程隨之開始。反射面是FAST望遠(yuǎn)鏡的重要組成部分，共有4450塊的反射面板單元。2016年7月3日，當(dāng)最后一塊反射面板安裝好時(shí)，王啟明懸了16年的心終于放下了。

　　“100多人奮戰(zhàn)了20多年了，有些都已經(jīng)不在了，我們的團(tuán)隊(duì)，老的有‘40后’，年輕的是‘90后’?！闭f(shuō)起這些，王啟明有些哽咽，其實(shí)項(xiàng)目的每一步進(jìn)展，都冒著風(fēng)險(xiǎn)，比如牽引“大鍋”的索網(wǎng)，材料是含碳元素85%的高碳鋼，它具備高彈性、抗拉伸、抗疲勞的特征，材料的一些要素，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的2.5倍。

　　“這種材料在國(guó)內(nèi)沒(méi)人能生產(chǎn)出來(lái)?！睘榱斯タ诉@種鋼索技術(shù)，王啟明和團(tuán)隊(duì)一共用了兩年時(shí)間，先后找了國(guó)內(nèi)頂級(jí)的鋼索廠和幾所高校，才把鋼索問(wèn)題解決。

　　為火星探測(cè)奠定基礎(chǔ)

　　王啟明介紹，F(xiàn)AST的兩大科學(xué)目標(biāo)是巡視宇宙中的中性氫和觀測(cè)脈沖星，前者可研究宇宙大尺度物理學(xué)，以探索宇宙起源和演化，后者可研究極端狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理規(guī)律。

　　由于靈敏度提高，F(xiàn)AST能看到更遠(yuǎn)、更暗弱的天體，通過(guò)探測(cè)星際分子、搜索可能的星際通信訊號(hào)，尋找地外文明的概率將提升5至10倍。去年曾引起轟動(dòng)的引力波，就是科學(xué)家利用阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的，并獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。中國(guó)500米直徑大射電望遠(yuǎn)鏡將為自然科學(xué)，尤其是物理學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域的研究提供一個(gè)全新平臺(tái)。此外，F(xiàn)AST也將為我國(guó)火星探測(cè)等深空研究奠定重要基礎(chǔ)。

　　據(jù)悉，美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡50多年一直無(wú)人超越，但如今FAST跟它相比，綜合性能提高了約10倍。

　　FAST靈敏度究竟有多高？王啟明打了個(gè)比方：“假設(shè)你在月球上打電話，F(xiàn)AST可以探測(cè)到你的信號(hào)。”

　　王啟明告訴廣州日?qǐng)?bào)記者，這次FAST所使用的材料和工藝，基本上都是中國(guó)產(chǎn)的，充分體現(xiàn)了中國(guó)的自主創(chuàng)新能力?！白隽诉@么一件有意義的事件，感覺(jué)這輩子也算沒(méi)白活。從目前看在世界上還是比較牛的。下一步，需要我們的科學(xué)家把它投入使用了?！?/p>

　　王啟明說(shuō)，外國(guó)科學(xué)家參觀后也感到很震撼?！八麄兌己芷诖覀冞@個(gè)全世界最先進(jìn)的天文設(shè)備能成為人類觀測(cè)外太空的利器，有新的科研成果出來(lái)?！?/p>

　　而中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)鄭曉年也表示，作為世界最大的單口徑望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST將在未來(lái)20~30年保持世界一流設(shè)備的地位。

　　對(duì)話

　　FAST望遠(yuǎn)鏡領(lǐng)先國(guó)際20年

　　廣州日?qǐng)?bào)：7月3日，射電望遠(yuǎn)鏡的主體已經(jīng)安裝完畢，為何調(diào)試要用兩個(gè)多月，而不立即投入使用？

　　王啟明：你在施工現(xiàn)場(chǎng)也能看到，這是個(gè)很大的工程，變電站和箱式變壓器就有7個(gè)?，F(xiàn)在只是把硬件完成了，因?yàn)檠b備是由很多家單位一起合作研制的，有做測(cè)量的、做控制的、有做機(jī)電的，安裝完成后要先空載測(cè)試，然后再進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。

　　另外，對(duì)這種工藝系統(tǒng)的驗(yàn)收，要求是非常嚴(yán)格的。就跟房屋裝修一樣，要趁著裝修公司還沒(méi)走，要盡早排查和解決問(wèn)題。

　　“天眼”并非“死眼”

　　廣州日?qǐng)?bào)：這個(gè)“觀天巨眼”建設(shè)前后一共花了13年時(shí)間，他的施工難度難在哪里？

　　王啟明：望遠(yuǎn)鏡反射面總面積為25萬(wàn)平方米，相當(dāng)于30個(gè)足球場(chǎng)那么大。它具有目前世界上跨度最大、精度最高的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。僅圈梁、索網(wǎng)和支撐饋源艙的6座高塔就用掉1萬(wàn)多噸鋼材。盡管反射面板才1毫米厚，也用掉2000多噸鋁合金。

　　此外，望遠(yuǎn)鏡在現(xiàn)場(chǎng)施工上也有很多困難。首先是臺(tái)址現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的約束。現(xiàn)場(chǎng)是一個(gè)喀斯特洼地，最高落差有150米，不能用大吊車，吊車過(guò)不去。

　　再次，我們建設(shè)的這只“天眼”并非“死眼”，它是可以動(dòng)的。根據(jù)觀測(cè)的方向，它會(huì)拉扯索網(wǎng)來(lái)變形天線鍋。如同人類轉(zhuǎn)動(dòng)自己的眼珠，這樣遙遠(yuǎn)的太空對(duì)它來(lái)說(shuō)將不存在方向上的死角。美國(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡，它是固定在地面上不動(dòng)的。所以，我們的建設(shè)難度就要大很多。

　　廣州日?qǐng)?bào)：這個(gè)“眼珠”是如何轉(zhuǎn)動(dòng)的？

　　王啟明：6索并聯(lián)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是FAST項(xiàng)目核心部件饋源艙的主控制系統(tǒng)，它可以控制饋源艙進(jìn)行姿態(tài)位置調(diào)整，從而精確地達(dá)到反射面的焦點(diǎn)位置，使饋源艙獲取信號(hào)能力達(dá)到最佳。就像人的睫狀體一樣，能夠調(diào)節(jié)眼球的焦距使眼球能清晰地看清遠(yuǎn)近物體。

　　此外，與索網(wǎng)相連的2000多個(gè)小電機(jī)控制著整個(gè)變形過(guò)程，6條400多米的鋼索吊起30噸重的饋源艙，移動(dòng)范圍可達(dá)200米。在移動(dòng)過(guò)程中，每一部分的位移都要控制在毫米級(jí)。射電望遠(yuǎn)鏡建成后，將成為中國(guó)天文研究和自然科學(xué)研究的利器，不光是現(xiàn)在，未來(lái)20年內(nèi)都將保持世界領(lǐng)先地位。

　　不懼壞天氣但怕電磁干擾

　　廣州日?qǐng)?bào)：這口“大鍋”不要弄個(gè)蓋子防止雷擊等惡劣天氣嗎？

　　王啟明：作為射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST的基本原理和人們常見的鍋式衛(wèi)星天線相差無(wú)幾，只不過(guò)這口大鍋接收的，是非常微弱的宇宙信號(hào)。它主要由反射信號(hào)的拋物面和接收信號(hào)的饋源艙兩大部分組成。通過(guò)“鍋”的反射聚焦，把幾平方米到幾千平方米的信號(hào)聚攏到一點(diǎn)上。如果搞個(gè)鍋蓋，那它的功能豈不是喪失了？

　　對(duì)于雷電等惡劣天氣，我們有防雷系統(tǒng)，對(duì)于冰雹，我們有防雹炮，把冰雹打碎，打成小塊。還有下雪的問(wèn)題，雪對(duì)貴州影響很小，這里一年只有幾天，氣溫在零攝氏度以下。總體上，我們考慮是很周全的。

　　廣州日?qǐng)?bào)：射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)電磁波干擾有很高要求，是不是以后周圍幾公里內(nèi)都不能有電磁信號(hào)？

　　王啟明：你說(shuō)對(duì)了，這里對(duì)電磁波信號(hào)干擾要求很嚴(yán)。貴州省剛剛專門為我們這個(gè)設(shè)備立了法。要求距離FAST項(xiàng)目5公里以內(nèi)的基站全關(guān)掉。現(xiàn)場(chǎng)不能用手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)，汽車不能用電子打火，包括過(guò)來(lái)的中巴，都要燒柴油車才行。

　　廣州日?qǐng)?bào)：這個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)壽命是多長(zhǎng)？

　　王啟明：設(shè)計(jì)壽命是30年，國(guó)外的望遠(yuǎn)鏡大多都超期服役。阿雷西博望遠(yuǎn)鏡也早就超期服役了，到期后，經(jīng)過(guò)一些升級(jí)改造，還是可以繼續(xù)使用的。整個(gè)FAST工程造價(jià)大約是11億元。

　　特寫

　　實(shí)地探FAST

　　“瘋狂”的天坑

　　FAST項(xiàng)目位于貴州省黔南州平塘縣克度鎮(zhèn)綠水村的大窩凼。隨著FAST選址的確定，這座只有30多萬(wàn)人口的小縣城，變得熱鬧異常。

　　時(shí)至今日，越來(lái)越多的旅游者涌入這座小縣城，目的就是一睹能夠聽到天外來(lái)客聲音的“超級(jí)大鍋”。

　　在平塘，當(dāng)?shù)厝烁嗟胤Q呼FAST為“天坑”或者“大射電”，頭一種稱呼形容了它的形狀，而后一種則更有“文化”。無(wú)論是哪一種稱呼，凡是外地人提到FAST，當(dāng)?shù)厝丝倳?huì)遙指向大山深處，那里距縣城有一百多公里。

　　“天坑”影響力

　　在距離“天坑”還有十多公里時(shí)，兩棟黃色的建筑在平地上拔地而起，與周圍的低矮民房相比突兀異常。

　　“一棟是文化園，另一棟是一家五星級(jí)酒店?！彼緳C(jī)王師傅介紹說(shuō)，由于“天坑”即將竣工，所以其他的配套設(shè)施都在緊鑼密鼓地趕工趕點(diǎn)?！疤炜印睅?lái)的旅游效應(yīng)將會(huì)非常突出。

　　在塵土飛揚(yáng)的路邊，行人都可以感受到“天坑”強(qiáng)大的影響力：無(wú)論是賣飲料的小店，還是餐飲店，所有的標(biāo)識(shí)牌上均是將“天坑”的圖片作為底色，頗為顯眼。記者了解到，在周邊的航龍村、塘邊鎮(zhèn)也將開發(fā)眾多的旅游項(xiàng)目。

　　“天坑”的巨大影響力，讓農(nóng)業(yè)人口占90%以上的平塘縣，看到了其將會(huì)帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益。彼時(shí)，曾經(jīng)的農(nóng)業(yè)縣也將華麗轉(zhuǎn)身為“旅游大縣”。

　　崇山峻嶺現(xiàn)“天坑”

　　從平塘縣城到“天坑”所在的克度鎮(zhèn)，100多公里全部是省級(jí)公路。盡管路面頗為平坦，但由于全部都是環(huán)山公路，因此，路邊偶爾還是會(huì)見到大小不一山上落下的碎石。

　　而從省道到達(dá)克度鎮(zhèn)之后，仍要行駛十多公里的真正山路。不但路面崎嶇不平，而且碎石也多了起來(lái)。

　　即便如此，在昨日這個(gè)非周末時(shí)間，仍然有不少私家車找尋著前往“天坑”的道路。

　　“這條路能到FAST嗎？”不少車主在山路上顛簸了幾十分鐘，忍不住下車詢問(wèn)過(guò)往的車輛。當(dāng)?shù)玫搅丝隙ǖ拇饛?fù)之后，車主又踩著油門沖上了崎嶇的山路。

　　在崎嶇山路旁，是一個(gè)個(gè)頗為類似“天坑”的深谷。在深谷的平地上，可以看到有不少人家仍居住于此。

　　“在‘天坑’周圍五公里范圍內(nèi)，所有的村莊都遷了出去，而且就連通訊基站也不能設(shè)置?！币晃划?dāng)?shù)卮迕窠榻B說(shuō)，“天坑”的到來(lái)給靠天吃飯的他們帶來(lái)的新的“機(jī)遇”，他們也希望能夠依托“天坑”過(guò)上更加優(yōu)越的生活。

　　行至崇山峻嶺間，王師傅也開始專心起來(lái)，坑坑洼洼的山路由不得他半點(diǎn)分神。七轉(zhuǎn)八轉(zhuǎn)之后，當(dāng)看到一座高聳的大山時(shí)，王師傅還是忍不住提醒道：“在那座山的后面，就是‘天坑’。”

　　1500級(jí)臺(tái)階40層樓

　　由于要趕工期，在進(jìn)入“觀景臺(tái)”的道路開始封閉。從封閉的路口到“觀景臺(tái)”的工程區(qū)，需要行走將近五公里的路程，然后才能進(jìn)入到轟鳴聲不斷的工地上。

　　由于“天坑”整體仍然沒(méi)有竣工，到達(dá)工地的游客，則扶著臨時(shí)搭建的腳手架，一步步拾級(jí)而上前往工程中的“觀景臺(tái)”。

　　“兩邊都有上‘觀景臺(tái)’的臺(tái)階，一共有1500級(jí)臺(tái)階，每級(jí)臺(tái)階是0.15米?！痹诠さ厣献龉さ囊晃还と烁嬖V記者，由于他的工作是給臺(tái)階加固，每天需要這樣沿著臺(tái)階爬上爬下四次。

　　記者粗略估算了一下，以每邊臺(tái)階750級(jí)計(jì)算，從工地到達(dá)“觀景臺(tái)”的高度高達(dá)112.5米，而以每層樓的高度為2.8米來(lái)計(jì)算，從工地平臺(tái)到“觀景臺(tái)”就有40層樓的高度。

　　盡管如此，仍然有不少游人來(lái)到了“觀景臺(tái)”，終于看到了位于山谷之中的“天坑”FAST。記者在“觀景臺(tái)”俯瞰發(fā)現(xiàn)，這口FAST的底部，有許多白色的小柱子整齊地排布著，中間位置則是完全類似于民用的“天線鍋”，不同的是，在“鍋”的四周等距排列著六個(gè)聳立的天線塔。

　　游人在一睹“超級(jí)大鍋”的真容之后，便開始陸陸續(xù)續(xù)地往下走。

　　“天坑”給人們帶來(lái)極大的旅游熱情，人們開始幻想，它能否聽到“天外來(lái)客”的聲音？

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