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2020时政热点:追梦的路,和“天眼”同步


在将近15年的坚守中,孙京海和同事们攻克了众多难题,把兴趣做成事业,用青春和热血为国家铸造探天利器。

建设“天眼”的过程也让孙京海收获了成长。作为FAST运行和发展中心测量与控制部主任,他将继续守护初露锋芒的“天眼”,解锁更多成果和惊喜。

临近中午12时,500米口径球面射电望远镜(FAST)观测基地。

“孙主任还得在总控室忙一会,怎么办?”“没事儿,让他慢慢来!”

约20分钟后,孙京海匆忙赶了过来,胸前的“FAST”图案格外醒目。

他与这个图案缘分太深了,从最初的概念到方案,再到后来的施工与调试,孙京海始终在围着FAST转。将近15年的坚守,他从一名学生,成长为FAST运行和发展中心测量与控制部主任,“要继续为它添砖加瓦,不但要建好、调试好,还得使用好!”孙京海说。

把设想从不可行变成可行

今年4月,FAST发现距今85亿年的快速射电暴,表明已具备开拓新学科方向的能力。而FAST展示探天能力的背后,凝结着大批科学家的心血。

2005年,从小就是天文迷的孙京海有幸成为FAST团队的一员。那时,他对于FAST的认知还相对模糊,“只知道要建世界上最大的望远镜,比已有的还要大很多。”到底有多大,他说不上来。

FAST面临的挑战前所未有,但“科学家的任务,就是把设想从不可行变成可行,最有趣的莫过于此。”

按照最初的研究设想,望远镜要通过馈源舱来接收电磁波。但馈源舱的位置并非固定,必须移动才能实现接收效果最大化,这要通过巨型支撑塔和钢绳来实现。“馈源舱相当于‘眼珠’,有38吨重,移动范围超过200米,到底要用多少根钢绳、铁塔如何设计,方案一大堆,但一直没有定论。”孙京海介绍。

“要想验证所有方案,都得逐一建立模型,反复论证,大约一年才完成。”2007年,团队终于找到了馈源支撑的理想方案,这也让孙京海的博士论文有了突破。2011年1月,在博士论文顺利完成的同时,孙京海也从学生正式成为科研人员。

“FAST是庞大且复杂的项目,没有经验可循,但只要持续向前推进,哪怕是一小步,也让人振奋。”孙京海说。此后近10年,孙京海和同事们接连攻克了众多难题,“这里有自己的青春和热血,能为国家铸造探天利器,值!”

国之重器不能将就

“FAST”一词意味着“快速”,让国家尽快拥有探天利器,是整个研究团队的使命,但征途漫漫。“仅从萌生想法到形成方案就花了整整6年,更别提后面的工程建设。”在找到FAST的安身之地后,孙京海又接到一系列新任务,首先要尽快确定6座巨型支撑塔的具体位置。

绕着贵州省平塘县克度镇大窝凼洼地,借助电脑和卫星遥感,孙京海锁定了潜在的地点,但这还不够,“南仁东老师讲过,要把FAST建得美、动得准、调得灵,国之重器不能将就。”

“支撑塔等间距分布在反射面外围,不仅美观,而且更容易受力均匀,能有效控制馈源舱。”讨论再三,在确定支撑塔均匀分布后,孙京海筛选出了几种方案,经过实地勘探,根据各处开方量的大小,最终确定了塔的位置。

为了监测整体施工情况,工人们小心翼翼地爬上200多米高的山包,安装摄像头,结果没过几天,一个雷打下来,不仅摄像头用不成,工地的笔记本电脑、施工机械等都损坏了不少。大窝凼属于喀斯特山区,雷雨季节超过半年,每年有4000多次雷击,雷电防护必须解决。经过几个月的摸索,孙京海跟同事们一起制定了具体的保护等级,“技术难度不大,就是实施起来略微繁琐,但结果还不错,现在靠近‘大锅’,很难发现防护装置,整体美观不受影响。”

FAST建成的那一刻,孙京海无法抑制内心的激动,“看到这口‘大锅’,就跟见到自己孩子一样亲切。”

期待更好的科研产出

望远镜建成后,还需要过调试这关。“望远镜由大量硬件组合而成,没有调试便无法有效运转。”孙京海说。很快,研究团队成立调试组,准备进行调试验收。

“在建造时,按照不同的专业分为很多小工程,仅施工方就有上百个,组装之后能否达到理想性能,谁都把不准。”在调试馈源支撑控制系统时,孙京海最不想看到的情况出现了,“望远镜不协调,动不了,无法对准观测目标。”孙京海决定重新开发一套新系统。

短短一年多时间,孙京海做到了,“系统只是基础性的,还要优化对馈源舱的控制与测量,只有‘擦’得更亮,FAST才能测得更远更准。”

孙京海介绍,FAST的反射面由4450块不规则的三角形组成,天体发出的电磁波,需经发射面反射,汇聚成一个焦点,不同时间位置也不固定。这需要计算出焦点的位置,再控制馈源舱,让其无限接近焦点,实现最大化接收。经过努力,馈源舱的移动精度最高达到6毫米,优于10毫米的设计标准。

目前,FAST已实现从最初的能观测,到高性能观测的转变。去年有段时间,更是实现全天24小时的有效观测。“FAST的作用逐步凸显,这才是大家所期待的”,不过,孙京海仍在继续攻关,“我们还在想办法提升设备的可靠性,降低非观测时间,提高观测效率。”

截至目前,包括发现132颗认证的脉冲星在内,FAST取得了一系列重大成果,现在正开展低频引力波探测、系外行星和地外文明搜索等探索。“希望能有更好的科研产出,让科研成果的价值超越工程本身。”对孙京海和同事们来说,初露锋芒的“天眼”还有更多值得期待的惊喜。


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