敢为人先建“天眼”

潘德鑫　欧东衢

20多年前，一群中国科学家以“敢为天下先”的豪情壮志，在全世界都没有现成经验的情况下，让看似“空中楼阁”的“中国天眼”（FAST）最终得以屹立在贵州的群山之中。

从选址、建设、调试、运营，“中国天眼”每一个环节、每一块面板、每一行代码，都凝结着中国智慧和中国创造。

近年来，以“中国天眼”为代表的一个个重大科技项目，不断刷新着我国科技发展的高度。荣耀背后，与一系列关键核心技术的突破密不可分。而突破力量的源泉，就厚植于自立自强的创新土壤之中。

如果要问，“中国天眼”最大的特点是什么？除去科学上的价值，或许可以用六个字来概括：敢创新，能创新。

500米口径，总面积达到25万平方米，相当于30个标准足球场那么大。20世纪90年代，“中国天眼”设想提出时，大胆到有些突兀，当时中国最大的射电望远镜口径不到30米。口径500米的“中国天眼”，可将类太阳星巡视目标扩大至少5倍。

为了使人类有能力探索更多未知星体、未知宇宙现象、未知宇宙规律，也为缩小中国在天文领域与世界先进水平的差距，以南仁东、姜鹏等为代表的科学家、工程师，毅然承担了这个很多人认为“不可能完成”的任务。

独一无二的科学工程，没有经验可循，注定会面临史无前例的挑战。

2011年3月，“中国天眼”正式开工建设。为加快工期，台址开挖和装置本身部件的设计同步进行。反射面板如“中国天眼”的“视网膜”，索网则是支撑“视网膜”的“神经系统”。“中国天眼”反射面板虽只有1毫米厚，也要使用2000多吨铝合金，其索网结构是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的，对抗疲劳性能的要求极高，现有钢索都难堪重任。

FAST运行和发展中心常务副主任、总工程师姜鹏带着一帮年轻人，用整整两年时间，进行了大规模的钢索疲劳试验。近百次失败，从千头万绪中不断探寻解决问题的关键，终于攻克超高强度、抗反复拉伸的钢索，首创主动变形反射面，使望远镜覆盖40度天顶角，成功支撑起“中国天眼”的“视网膜”。

创新无捷径，唯有敢攀登。

2016年9月25日，“中国天眼”宣告落成启用，向全球工程界贡献了大科学工程的中国经验和创新实践：4450个反射单元构成的反射面；6根钢索控制的30吨馈源舱，可以在140米高空、206米的尺度范围内实时定位；在500米的尺度上测量角度精确到8角秒；超高耐疲劳钢索在200万次循环加载条件下可达500MPa应力幅，国际上尚无先例。

落成启用，施工方松了口气，但FAST运营团队的每一个人心里都清楚，真正的挑战才刚刚开始：“世界最大”的目标实现了，还要调整成为“世界最灵敏”。

望远镜调试工作极具挑战，一般传统望远镜的调试周期至少需要四年。FAST的调试难度更大，不仅涉及众多学科及专业的交叉应用，同时也存在巨大的安全风险。

FAST运行和发展中心电子与电气工程部主任甘恒谦表示，FAST变电站会产生很强的电磁干扰，任何一处干扰控制不好就会影响监测，需要安装高压滤波器。之前使用的是薄膜电容器，这本是一种在很多工程中得到驗证的成熟设备，但用在FAST就不行，承受不了高压的薄膜被击穿。

当发现这一问题时，整个FAST的调试已经开始，只能自己突破。经过近两年的摸索与试验，把传统陶瓷电容改造成穿心电容，最终的滤波效果特别好。

调试阶段碰到的另一个难题是控制系统推翻重建。“积木搭好了，却发现各部分无法有效连接，望远镜不能按照总控的指令高效运行。”FAST运行和发展中心测量与控制工程部主任孙京海说。

为了尽快开发出新的控制系统，孙京海几乎重写了全部核心算法代码。记不清熬了多少个夜、错过了多少顿饭，最终，在正式测试时，一套为FAST量身定制的控制系统，所有指标一次通过。

经过三年多的艰苦调试，“中国天眼”于2020年1月11日通过国家验收。借助“中国天眼”超高的灵敏度，国家天文台已经将脉冲星的计时精度提升至世界原有水平的50倍左右，这将有可能使人类首次具备极低频的纳赫兹引力波的探测能力。

“中国天眼”的建造，无疑是饱含战略眼光的超前部署。

20世纪90年代，当国际上还在为新一代大射电望远镜怎么建、在哪建争论不休时，以南仁东为首的中国科技工作者提出这一极富挑战、近乎天马行空的设想，并且得到了国家支持。

“独立自主建，利用喀斯特地貌建，技术不成熟就一边研究一边建。”南仁东等人明确了这三条后，连望远镜要落户的喀斯特洼坑在哪都不知道，就开始干了。

看似“不合理”现象的背后，是以南仁东等为代表的中国天文学家们，努力缩小与世界先进水平差距的迫切愿望和责任担当。

第一个挑战，就是选址。FAST的理想建造地对地形、地质、水文等都有着极高要求，为了给望远镜找个最合适的“家”，当时快50岁的南仁东带着团队与300多幅卫星遥感图，风餐露宿地奔走于贵州大山深处。12年时间里，他们几乎走遍了贵州所有的喀斯特洼地，最终从300多个候选洼地里，选择了平塘县大窝凼——最适合“天眼”的深深“眼窝”。

重大科技创新，考验的不仅是科技实力，更是综合国力。人、财、物各方面的大量投入，让当代的重大科技创新成为一项繁杂的系统工程。

“中国天眼”5公里范围被划定为核心区，30公里范围被划定为电磁波宁静区后，克度镇和塘边镇共1410户6633名村民搬出大山。

如果没有国家的大力支持和统筹安排，没有集中力量办大事的制度优势，可能就不会有今天的“中国天眼”。

敢为人先的魄力、追求极致的毅力和持之以恒的定力，这既是“中国天眼”的成功秘诀，也是我们勇攀世界科技高峰、加快建设科技强国、实现科技自立自强的重要法宝。

中国创新，仍在不断拓展“中国天眼”的效率和视界。

（摘自七一网 七一客户端/《瞭望》）