“中国天眼”工程团队：走到人类“视界”最前沿

1月19日，首届“国家工程师奖”表彰大会在人民大会堂举行。当天，获奖者之一、中国科学院国家天文台研究员、“中国天眼”（FAST）总工程师姜鹏正在贵州省平塘县大窝凼主持一场学术会议。

“我们正在推进望远镜阵列的事情，有些关键技术需要论证，所以表彰大会只能请假了。”电话那头，姜鹏对记者解释说，“能够获得这份荣誉，既是对南仁东老师的告慰，也是对我们的鞭策和鼓励。”

“中国天眼”工程团队部分成员在讨论望远镜控制方案。受访者供图

“人民科学家”“时代楷模”南仁东在1994年创建的FAST工程团队，承担了FAST建设、调试和运行的重任。30年来，这支队伍常年坚守大山深处，不懈开展原创性技术攻关，为FAST按时保质建成及高效运行作出了卓越贡献。

筚路蓝缕筑“天眼”

1993年，在日本京都举行的国际无线电科学联盟大会上，多国科学家倡议“在全球电波环境继续恶化之前，建造新一代射电望远镜，接收更多来自外太空的讯息”。

以时任中国科学院北京天文台副台长南仁东为代表的中国天文学家提出了一个大胆的设想——在中国建造一座大型单口径射电望远镜。

30年前，中国最大的射电望远镜口径仅为25米。以我国当时的科研水平、基建实力以及组织协调能力，建造一座口径500米的“庞然大物”的想法极其大胆。由于前期论证、设计、勘址任务繁杂艰苦，团队为此花费了10余年时间，深一脚、浅一脚走遍了贵州省境内近百个喀斯特洼地，最终确定将大窝凼作为天文台台址。

2009年10月，当博士毕业的姜鹏拖着行李箱第一次站在大窝凼基地时，现场的简陋状况远超他的想象。

“那里是个与现代文明几乎隔绝的地方，满目青山，只有几个低矮的工棚。”姜鹏说，“我那时候年轻，没觉得条件有多艰苦。”

据他回忆，工棚里后来通了电，但总是停；基地没有自来水，他们只能去山里取水，因为水源卫生条件有限，很多队员后来都落下了肠胃病；山里手机信号不好，队员们打电话经常要爬上山头找信号……

起初，他们的主要工作是了解岩土特性，做“地锚”实验，选择牢固的拉索固定点，测试地锚拉拔力。

FAST工程施工一年后，基地的条件才逐渐好起来。

“难点”最终成“亮点”

2010年，FAST工程遇到了一次近乎灾难性的波折。

“当时我们对10余根钢索进行疲劳实验，没有一根能满足要求。”姜鹏说。

然而台址开挖工程已经开启，拉索又是FAST的基础。工程建设迫在眉睫，国内外却没有现成的材料可用，甚至在相关文献、实验数据中都查不到类似的技术指标。

此时，本科和硕士阶段学习结构工程的力学博士姜鹏主动承担起解决索网疲劳问题的工作。在南仁东的指导下，姜鹏和团队成员开始到全国各地咨询专家、寻找材料、分析关键环节。

“当时拉索单丝疲劳指标没问题，但拧成一股就不行，抗疲劳性能怎么都过不了关。”姜鹏说，“导致材料问题的技术点很多，而且存在千丝万缕的联系，找出其中关键点非常艰难，但我们分析了单丝指标后，最终将问题锁定在工艺上。”

团队查阅了很多文献，有人说问题出在受力不均，有人认为是锚固损伤所致，有人觉得是缺陷概率分布问题，还有人断定是因单丝间磨损造成……

经过深入分析后，团队最终将解决单丝间磨损问题作为主攻方向。为此，姜鹏到企业去做实验、制定改进措施，最终用涂层工艺解决了单丝间磨损问题。此外，他们还改进了锚固方法，创新性地研发出新型复合锚固技术，既避免传统热熔方法改变钢丝表面力学性能，又消除了夹持对材料的损伤。在此基础上，团队通过改善张拉工艺，让拉索产生塑形变形之后均匀受力。

两年大规模疲劳实验、上百次实验失败后，他们终于研制出超高耐疲劳钢索，支撑起FAST的“视网膜”。

此后，团队又先后破解了多项世界级技术难题——研制出世界唯一 一个采用主动变位工作方式的超大型索网结构；建设了世界上最大跨度柔性索驱动的馈源高精度定位系统，利用6根钢索将馈源舱内的30吨并联机器人控制至抛物面焦点位置，达到毫米级的动态定位精度；研制出满足10万次的耐弯曲疲劳寿命的动光缆，攻克了缆线入舱方案中信号传输“生命线”难关。

最终，他们将一个个“难点”干成了“亮点”。

将FAST精神传下去

FAST开工建设后，更多团队成员开启了异地坚守、舍家拼搏的奉献之旅。他们远离家乡，常年驻守在大窝凼现场。他们中有将年幼的孩子留给爱人照顾的爸爸；有只身一人在现场采集数据、维护机器，不怕蚊虫蛇鼠，就怕断电的“女汉子”；有用瘦弱肩膀扛起30多斤仪器，奔走在山路、基墩上完成测量任务的年轻小伙儿。

住简易工棚、吃工地食堂、用公共浴室和野外卫生间……在这样艰苦的条件下，他们硬是高质量完成了FAST工程建设，为“追赶、领先、跨越”的FAST精神做出最好的注解。

2017年初，现任FAST工程团队负责人姜鹏从南仁东手中接过“接力棒”，带领团队承担起望远镜的调试任务。口径500米的望远镜，在调试之初庞大又脆弱，牵一发而动全身，稍有闪失就可能功亏一篑。那段日子，姜鹏的神经一直紧绷着，随时解决各种意想不到的突发问题。

“这期间有太多难忘的瞬间。”姜鹏感慨，“每当我迷茫的时候，都是团队成员给了我力量和帮助。”

2017年8月27日，FAST第一次实现对特定目标的追踪观测，稳定地获取目标源射电信号。那一刻，大伙儿心里的石头终于落了地。

在国家验收会议上，专家组认为FAST工程建设实现了我国射电天文望远镜从追赶到领先的跨越，并实现了多项自主创新，显著提升了我国射电天文研究能力和技术水平，推动了相关产业技术的革新与发展，产生了较大的社会经济效益。FAST综合性能达到国际领先水平，对促进我国天文学实现重大原创突破具有重要意义。

运行至今，FAST发现的脉冲星总数超过870颗，是国际上同时期其他望远镜发现脉冲星总数的3倍以上，在脉冲星、快速射电暴及引力波探测等领域产出一系列世界级成果，有11篇论文相继发表于《自然》《科学》，相关成果入选2020年《自然》和《科学》评选的十大突破和发现。2021年、2022年，FAST连续两年入选中国十大科学进展；在中国科学院组织的国家重大科技基础设施评选中，FAST连续两年荣获年度优秀设施第一名。

“随着FAST运行时间变长，设备维护压力越来越大。同时，我们还要考虑未来的发展。”姜鹏说，“国际上同类设备在争分夺秒地规划研制，很多指标都对标FAST，如果我们稍有松懈，中国天文学家就可能‘失守’射电波段视野的最前沿。”

姜鹏认为，团队取得这样的成绩，最重要的原因是几代人围绕一个目标、朝着一个方向努力，长期坚持做一件事情。“我们关注的只有一点——精细打磨，把工作做实、做好。”

该团队目前有150多人，其中大多为年轻人。“30多年来，团队成员都在默默奉献，大家牺牲了个体的眼前利益，成就了团队的事业。我们是一个个‘螺丝钉’，但形成了合力。”姜鹏说，“现在大科学装置建设、先进设备研发、大科学工程实施，非常需要这种甘于奉献、耐得住寂寞、脚踏实地做事的‘螺丝钉’精神。”

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来源 | 中国科学报（2024-01-23 第1版 要闻）