“中國(guó)天眼”工程團(tuán)隊(duì)，合力走到人類“視界”最前沿

開欄語(yǔ)

1月19日，“國(guó)家工程師獎(jiǎng)”表彰大會(huì)在北京召開。81名個(gè)人獲“國(guó)家卓越工程師”稱號(hào)，50個(gè)團(tuán)隊(duì)獲“國(guó)家卓越工程師團(tuán)隊(duì)”稱號(hào)。這也是我國(guó)工程技術(shù)領(lǐng)域的最高榮譽(yù)。

自今日起，中國(guó)科學(xué)報(bào)開設(shè)“他們是國(guó)家卓越工程師”專欄，聚焦部分獲獎(jiǎng)工程師和團(tuán)隊(duì)，講述他們?cè)谥卮蠊こ探ㄔO(shè)、重大裝備制造、關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)、重大發(fā)明創(chuàng)造等工作中開拓創(chuàng)新的故事，并介紹他們?nèi)〉玫囊慌冗M(jìn)工程技術(shù)成果。

1月19日，首屆“國(guó)家工程師獎(jiǎng)”表彰大會(huì)在人民大會(huì)堂舉行。當(dāng)天，獲獎(jiǎng)?wù)咧弧⒅袊?guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員、“中國(guó)天眼”（FAST）總工程師姜鵬正在貴州省平塘縣大窩凼主持一場(chǎng)學(xué)術(shù)會(huì)議。

“我們正在推進(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)只能請(qǐng)假了。”電話那頭，姜鵬對(duì)記者解釋說，“能夠獲得這份榮譽(yù)，既是對(duì)南仁東老師的告慰，也是對(duì)我們的鞭策和鼓勵(lì)。”

“人民科學(xué)家”“時(shí)代楷模”南仁東在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，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(guó)際無線電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)上，多國(guó)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(guó)科學(xué)院北京天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)南仁東為代表的中國(guó)天文學(xué)家提出了一個(gè)大膽的設(shè)想——在中國(guó)建造一座大型單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。

30年前，中國(guó)最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑僅為25米。以我國(guó)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10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(tái)臺(tái)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(chǎng)的簡(jiǎn)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(hào)不好，隊(duì)員們打電話經(jīng)常要爬上山頭找信號(hào)……

起初，他們的主要工作是了解巖土特性，做“地錨”實(shí)驗(yàn)，選擇牢固的拉索固定點(diǎn)，測(cè)試地錨拉拔力。

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(duì)10余根鋼索進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)，沒有一根能滿足要求。”姜鵬說。

然而臺(tái)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(guó)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(guó)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(wàn)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。”

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。此外，他們還改進(jìn)了錨固方法，創(chuàng)新性地研發(fā)出新型復(fù)合錨固技術(shù)，既避免傳統(tǒng)熱熔方法改變鋼絲表面力學(xué)性能，又消除了夾持對(duì)材料的損傷。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)通過改善張拉工藝，讓拉索產(chǎn)生塑形變形之后均勻受力。

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(jí)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)，利用6根鋼索將饋源艙內(nèi)的30噸并聯(lián)機(jī)器人控制至拋物面焦點(diǎn)位置，達(dá)到毫米級(jí)的動(dòng)態(tài)定位精度；研制出滿足10萬(wàn)次的耐彎曲疲勞壽命的動(dòng)光纜，攻克了纜線入艙方案中信號(hào)傳輸“生命線”難關(guān)。

最終，他們將一個(gè)個(gè)“難點(diǎn)”干成了“亮點(diǎn)”。

將FAST精神傳下去

FAST開工建設(shè)后，更多團(tuán)隊(duì)成員開啟了異地堅(jiān)守、舍家拼搏的奉獻(xiàn)之旅。他們遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)，常年駐守在大窩凼現(xiàn)場(chǎng)。他們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(chǎng)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(cè)量任務(wù)的年輕小伙兒。

住簡(jiǎn)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，他們硬是高質(zhì)量完成了FAST工程建設(shè)，為“追趕、領(lǐng)先、跨越”的FAST精神做出最好的注解。

2017年初，現(xiàn)任FAST工程團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人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。”姜鵬感慨，“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。”

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

在國(guó)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(guó)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(guó)射電天文研究能力和技術(shù)水平，推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的革新與發(fā)展，產(chǎn)生了較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。FAST綜合性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，對(duì)促進(jìn)我國(guó)天文學(xué)實(shí)現(xiàn)重大原創(chuàng)突破具有重要意義。

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(guó)際上同時(shí)期其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)脈沖星總數(shù)的3倍以上，在脈沖星、快速射電暴及引力波探測(cè)等領(lǐng)域產(chǎn)出一系列世界級(jí)成果，有11篇論文相繼發(fā)表于《自然》《科學(xué)》，相關(guān)成果入選2020年《自然》和《科學(xué)》評(píng)選的十大突破和發(fā)現(xiàn)。2021年、2022年，F(xiàn)AST連續(xù)兩年入選中國(guó)十大科學(xué)進(jìn)展；在中國(guó)科學(xué)院組織的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施評(píng)選中，F(xiàn)AST連續(xù)兩年榮獲年度優(yōu)秀設(shè)施第一名。

“隨著FAST運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)，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。”姜鵬說，“國(guó)際上同類設(shè)備在爭(zhēng)分奪秒地規(guī)劃研制，很多指標(biāo)都對(duì)標(biāo)FAST，如果我們稍有松懈，中國(guó)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(jī)，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(zhǎng)期堅(jiān)持做一件事情。“我們關(guān)注的只有一點(diǎn)——精細(xì)打磨，把工作做實(shí)、做好。”

該團(tuán)隊(duì)目前有150多人，其中大多為年輕人。“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。”