2023年08月05日
——“中國(guó)天眼”成果頻出的背后
新華社記者
貴州平塘，連綿群山似凝固的波濤?！昂＠恕敝醒耄爸袊?guó)天眼”遙望宇宙，永不停息。
2016年9月，“中國(guó)天眼”落成啟用之際，習(xí)近平總書記發(fā)來賀信，稱其“對(duì)我國(guó)在科學(xué)前沿實(shí)現(xiàn)重大原創(chuàng)突破、加快創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展具有重要意義”，希望“高水平管理和運(yùn)行好這一重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施，早出成果、多出成果，出好成果、出大成果”。
發(fā)現(xiàn)800余顆新脈沖星、首次在射電波段觀測(cè)到黑洞“脈搏”、探測(cè)到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵證據(jù)……今年以來，“中國(guó)天眼”成果頻出,不斷拓展人類觀測(cè)宇宙的視野極限。
見證創(chuàng)新發(fā)展新高度
“中國(guó)天眼”有多大？
口徑500米，僅圈梁、索網(wǎng)和支撐饋源艙的6座高塔就用掉1萬多噸鋼材；
反射面板總面積25萬平方米，相當(dāng)于30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)，用掉2000多噸鋁合金；
如果將“中國(guó)天眼”裝滿水，全世界每人可以分到2升……
給這只“觀天巨眼”做維護(hù)保養(yǎng)，難度可想而知。
自運(yùn)行以來，“中國(guó)天眼”日常運(yùn)維多靠人工，但因高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、極端氣候等因素影響，人工運(yùn)維效率低，稍有不慎，還可能造成破壞。運(yùn)維工作與科學(xué)觀測(cè)之間矛盾突出。
為提升運(yùn)維質(zhì)效，“中國(guó)天眼”于2019年底啟動(dòng)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能機(jī)器人”重點(diǎn)專項(xiàng)“重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施FAST運(yùn)行維護(hù)作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)”項(xiàng)目。在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等10家單位共同努力下，該項(xiàng)目于今年7月26日通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、FAST副總工藝師孫才紅介紹，通過這一項(xiàng)目解決了“中國(guó)天眼”運(yùn)行維護(hù)中存在的高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)隱患、人工維護(hù)效率較低、氣候條件制約觀測(cè)等問題。
“智能維護(hù)機(jī)器人系統(tǒng)將有效確保FAST的運(yùn)行安全，提高望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)時(shí)間和使用效率，促進(jìn)天文成果的產(chǎn)出?！盕AST運(yùn)行和發(fā)展中心常務(wù)副主任、總工程師姜鵬介紹。據(jù)測(cè)算，這些成果每年能為“中國(guó)天眼”增加約30天的可觀測(cè)時(shí)間。
運(yùn)用智能機(jī)器人參與運(yùn)維工作，是“中國(guó)天眼”發(fā)揮科技創(chuàng)新關(guān)鍵作用，推動(dòng)重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施高水平管理和運(yùn)行的典型案例。
作為世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，“中國(guó)天眼”的運(yùn)維工作需要中國(guó)科學(xué)家們充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力，在不斷“挑戰(zhàn)認(rèn)知和技術(shù)極限”中，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。
自2011年開工建設(shè)以來，“中國(guó)天眼”科技創(chuàng)新的腳步從未停止。僅在建設(shè)階段，就獲得了鋼結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)、機(jī)械工業(yè)、測(cè)繪地理信息技術(shù)、電磁兼容研發(fā)等10余個(gè)領(lǐng)域的國(guó)家大獎(jiǎng)。
近年來，以“中國(guó)天眼”為代表的一個(gè)個(gè)重大科技項(xiàng)目，不斷見證我國(guó)科技發(fā)展的新高度。成績(jī)背后，是一系列關(guān)鍵核心技術(shù)的攻關(guān)突破。而突破力量的源泉，就厚植于自立自強(qiáng)的創(chuàng)新土壤之中。
拓展人類觀天極限
發(fā)現(xiàn)新脈沖星數(shù)量達(dá)800余顆，是國(guó)際上同一時(shí)期所有其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)脈沖星總數(shù)的3倍以上；
首次在射電波段觀測(cè)到黑洞“脈搏”，有望打開黑洞射電觀測(cè)和理論研究的新思路；
發(fā)現(xiàn)迄今軌道周期最短脈沖星雙星系統(tǒng)，從觀測(cè)上證實(shí)了蜘蛛類脈沖星的演化理論；
探測(cè)到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)，為理解超大質(zhì)量黑洞、星系并合歷史和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)形成等重要問題提供幫助……
今年以來，“中國(guó)天眼”持續(xù)產(chǎn)出重量級(jí)發(fā)現(xiàn)，為探索宇宙奧秘作出更多中國(guó)貢獻(xiàn)。
“FAST需要以公里級(jí)的設(shè)施體量，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的測(cè)量精度，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)?！盕AST運(yùn)行和發(fā)展中心測(cè)控部測(cè)量組組長(zhǎng)于東俊表示，此次通過驗(yàn)收的饋源艙全天候智能測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)5毫米的測(cè)量精度，未來有望繼續(xù)提升至2毫米。
快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，在1毫秒的時(shí)間內(nèi)能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量?？焖偕潆姳┳?007年首次被確定存在以來，迅速成為天文學(xué)最新研究熱點(diǎn)之一。
得益于“中國(guó)天眼”的超高靈敏度，我國(guó)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴FRB 20190520B，對(duì)更好理解這一宇宙神秘現(xiàn)象具有重要意義。
國(guó)家天文臺(tái)研究員李柯伽所在的中國(guó)脈沖星測(cè)時(shí)陣列（CPTA）研究團(tuán)隊(duì)利用“中國(guó)天眼”，探測(cè)到納赫茲引力波存在的關(guān)鍵性證據(jù)。在他看來，這一發(fā)現(xiàn)得益于“中國(guó)天眼”的建成和高效運(yùn)行。
“FAST的靈敏度讓中國(guó)天文學(xué)家站在了人類視野的最前沿?！崩羁沦ふf，美國(guó)、歐洲、澳大利亞的科研團(tuán)隊(duì)均已開展了約20年的納赫茲引力波搜尋，憑借“中國(guó)天眼”的優(yōu)良性能，CPTA研究團(tuán)隊(duì)以數(shù)據(jù)精度、脈沖星數(shù)量和數(shù)據(jù)處理算法上的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的差距，使我國(guó)納赫茲引力波探測(cè)和研究同步達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
“隨著運(yùn)維智能化水平的提升，F(xiàn)AST的運(yùn)行效率將進(jìn)一步提高，這將幫助我們更快地積累更多觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們有信心取得更多重要發(fā)現(xiàn)?！崩羁沦ふf。
勇攀世界科技高峰
20多年前，一群中國(guó)科學(xué)家懷抱著對(duì)民族的赤誠(chéng)和探索宇宙的初心，以“敢為天下先”的豪情壯志，在全世界都沒有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)的情況下，讓“中國(guó)天眼”最終得以屹立在貴州的群山之中。
2011年3月，“中國(guó)天眼”正式開工建設(shè)。為加快工期，臺(tái)址開挖和裝置本身部件的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)同步進(jìn)行。
“FAST反射面板總面積達(dá)25萬平方米，厚度只有1毫米，對(duì)索網(wǎng)的抗疲勞性能要求極高?！苯i告訴記者，反射面板如同人眼的“視網(wǎng)膜”，索網(wǎng)則是支撐“視網(wǎng)膜”的“神經(jīng)系統(tǒng)”，其結(jié)構(gòu)是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的，現(xiàn)有鋼索都難堪重任。
整整兩年，姜鵬帶著一幫青年人，進(jìn)行了大規(guī)模的索疲勞試驗(yàn)。近百次失敗，從千頭萬緒中不斷探尋解決問題的關(guān)鍵，終于攻克超高強(qiáng)度、抗反復(fù)拉伸的鋼索，首創(chuàng)主動(dòng)變形反射面，使望遠(yuǎn)鏡覆蓋40度天頂角，成功支撐起“中國(guó)天眼”的“視網(wǎng)膜”。
如果問“中國(guó)天眼”最大的特點(diǎn)是什么？除去科學(xué)上的價(jià)值，或許可以用六個(gè)字來概括：敢創(chuàng)新，能創(chuàng)新。
“沒人告訴你可以怎么做，誰也沒有把握自己的方法一定行?！苯i說，“反復(fù)試驗(yàn)、多次失敗、越挫越勇”的艱難攻關(guān)貫穿了“中國(guó)天眼”建設(shè)、調(diào)試的每一個(gè)環(huán)節(jié)。
2016年9月25日，“中國(guó)天眼”宣告落成啟用，向全球工程界貢獻(xiàn)了大科學(xué)工程的中國(guó)經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐。
在調(diào)試階段，“中國(guó)天眼”又碰到難題?！啊e木’搭好了，但望遠(yuǎn)鏡不能按照總控的指令高效運(yùn)行。”FAST運(yùn)行和發(fā)展中心測(cè)控部主任孫京海說，“簡(jiǎn)單的修復(fù)解決不了問題，控制系統(tǒng)必須推倒重建?！?/p>
為了盡快開發(fā)出新的控制系統(tǒng)，孫京海無數(shù)次挑燈夜戰(zhàn)至東方既白，幾乎重寫了全部核心算法代碼。他心里只有一個(gè)信念：不能讓工程調(diào)試進(jìn)度耽誤在自己這里。最終，在正式測(cè)試時(shí)，一套為“中國(guó)天眼”量身定制的控制系統(tǒng)，所有指標(biāo)一次通過。
創(chuàng)新無捷徑，唯有勇攀登。
“敢為人先的魄力、追求極致的毅力、持之以恒的定力，是FAST的成功秘訣。”姜鵬說，多年來，“中國(guó)天眼”團(tuán)隊(duì)為我國(guó)勇攀世界科技高峰、加快建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)、實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)提供了不竭動(dòng)力。
在極目宇宙的道路上，“中國(guó)天眼”步履不停。天眼問天，沒有終點(diǎn)……
（新華社貴陽8月4日電 記者 歐東衢 吳簫劍 潘德鑫 張泉）
