2023年08月05日
——“中國天眼”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。“海浪”中央，“中國天眼”遙望宇宙，永不停息。
2016年9月，“中國天眼”落成啟用之際，習近平總書記發(fā)來賀信，稱其“對我國在科學前沿實現(xiàn)重大原創(chuàng)突破、加快創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展具有重要意義”，希望“高水平管理和運行好這一重大科學基礎設施，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到黑洞“脈搏”、探測到納赫茲引力波存在的關鍵證據(jù)……今年以來，“中國天眼”成果頻出,不斷拓展人類觀測宇宙的視野極限。
見證創(chuàng)新發(fā)展新高度
“中國天眼”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，相當于30個標準足球場，用掉2000多噸鋁合金；
如果將“中國天眼”裝滿水，全世界每人可以分到2升……
給這只“觀天巨眼”做維護保養(yǎng)，難度可想而知。
自運行以來，“中國天眼”日常運維多靠人工，但因高危作業(yè)風險、極端氣候等因素影響，人工運維效率低，稍有不慎，還可能造成破壞。運維工作與科學觀測之間矛盾突出。
為提升運維質(zhì)效，“中國天眼”于2019年底啟動了國家重點研發(fā)計劃“智能機器人”重點專項“重大科學基礎設施FAST運行維護作業(yè)機器人系統(tǒng)”項目。在中國科學院國家天文臺、哈爾濱工業(yè)大學等10家單位共同努力下，該項目于今年7月26日通過現(xiàn)場驗收。
項目負責人、FAST副總工藝師孫才紅介紹，通過這一項目解決了“中國天眼”運行維護中存在的高危作業(yè)風險隱患、人工維護效率較低、氣候條件制約觀測等問題。
“智能維護機器人系統(tǒng)將有效確保FAST的運行安全，提高望遠鏡的觀測時間和使用效率，促進天文成果的產(chǎn)出。”FAST運行和發(fā)展中心常務副主任、總工程師姜鵬介紹。據(jù)測算，這些成果每年能為“中國天眼”增加約30天的可觀測時間。
運用智能機器人參與運維工作，是“中國天眼”發(fā)揮科技創(chuàng)新關鍵作用，推動重大科學基礎設施高水平管理和運行的典型案例。
作為世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠鏡，“中國天眼”的運維工作需要中國科學家們充分發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造力，在不斷“挑戰(zhàn)認知和技術(shù)極限”中，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。
自2011年開工建設以來，“中國天眼”科技創(chuàng)新的腳步從未停止。僅在建設階段，就獲得了鋼結(jié)構(gòu)、自動化產(chǎn)業(yè)、機械工業(yè)、測繪地理信息技術(shù)、電磁兼容研發(fā)等10余個領域的國家大獎。
近年來，以“中國天眼”為代表的一個個重大科技項目，不斷見證我國科技發(fā)展的新高度。成績背后，是一系列關鍵核心技術(shù)的攻關突破。而突破力量的源泉，就厚植于自立自強的創(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800余顆，是國際上同一時期所有其他望遠鏡發(fā)現(xiàn)脈沖星總數(shù)的3倍以上；
首次在射電波段觀測到黑洞“脈搏”，有望打開黑洞射電觀測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)，從觀測上證實了蜘蛛類脈沖星的演化理論；
探測到納赫茲引力波存在的關鍵性證據(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，“中國天眼”持續(xù)產(chǎn)出重量級發(fā)現(xiàn)，為探索宇宙奧秘作出更多中國貢獻。
“FAST需要以公里級的設施體量，實現(xiàn)毫米級的測量精度，這是一個巨大的挑戰(zhàn)。”FAST運行和發(fā)展中心測控部測量組組長于東俊表示，此次通過驗收的饋源艙全天候智能測量系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)5毫米的測量精度，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毫秒的時間內(nèi)能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。快速射電暴自2007年首次被確定存在以來，迅速成為天文學最新研究熱點之一。
得益于“中國天眼”的超高靈敏度，我國科學家領導的科研團隊發(fā)現(xiàn)了首例持續(xù)活躍重復快速射電暴FRB 20190520B，對更好理解這一宇宙神秘現(xiàn)象具有重要意義。
國家天文臺研究員李柯伽所在的中國脈沖星測時陣列（CPTA）研究團隊利用“中國天眼”，探測到納赫茲引力波存在的關鍵性證據(jù)。在他看來，這一發(fā)現(xiàn)得益于“中國天眼”的建成和高效運行。
“FAST的靈敏度讓中國天文學家站在了人類視野的最前沿。”李柯伽說，美國、歐洲、澳大利亞的科研團隊均已開展了約20年的納赫茲引力波搜尋，憑借“中國天眼”的優(yōu)良性能，CPTA研究團隊以數(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，彌補了觀測時長的差距，使我國納赫茲引力波探測和研究同步達到世界領先水平。
“隨著運維智能化水平的提升，F(xiàn)AST的運行效率將進一步提高，這將幫助我們更快地積累更多觀測數(shù)據(jù)，我們有信心取得更多重要發(fā)現(xiàn)。”李柯伽說。
勇攀世界科技高峰
20多年前，一群中國科學家懷抱著對民族的赤誠和探索宇宙的初心，以“敢為天下先”的豪情壯志，在全世界都沒有現(xiàn)成經(jīng)驗的情況下，讓“中國天眼”最終得以屹立在貴州的群山之中。
2011年3月，“中國天眼”正式開工建設。為加快工期，臺址開挖和裝置本身部件的設計、試驗同步進行。
“FAST反射面板總面積達25萬平方米，厚度只有1毫米，對索網(wǎng)的抗疲勞性能要求極高。”姜鵬告訴記者，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，進行了大規(guī)模的索疲勞試驗。近百次失敗，從千頭萬緒中不斷探尋解決問題的關鍵，終于攻克超高強度、抗反復拉伸的鋼索，首創(chuàng)主動變形反射面，使望遠鏡覆蓋40度天頂角，成功支撐起“中國天眼”的“視網(wǎng)膜”。
如果問“中國天眼”最大的特點是什么？除去科學上的價值，或許可以用六個字來概括：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。”姜鵬說，“反復試驗、多次失敗、越挫越勇”的艱難攻關貫穿了“中國天眼”建設、調(diào)試的每一個環(huán)節(jié)。
2016年9月25日，“中國天眼”宣告落成啟用，向全球工程界貢獻了大科學工程的中國經(jīng)驗和創(chuàng)新實踐。
在調(diào)試階段，“中國天眼”又碰到難題。“‘積木’搭好了，但望遠鏡不能按照總控的指令高效運行。”FAST運行和發(fā)展中心測控部主任孫京海說，“簡單的修復解決不了問題，控制系統(tǒng)必須推倒重建。”
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。他心里只有一個信念：不能讓工程調(diào)試進度耽誤在自己這里。最終，在正式測試時，一套為“中國天眼”量身定制的控制系統(tǒng)，所有指標一次通過。
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，“中國天眼”團隊為我國勇攀世界科技高峰、加快建設科技強國、實現(xiàn)科技自立自強提供了不竭動力。
在極目宇宙的道路上，“中國天眼”步履不停。天眼問天，沒有終點……
（新華社貴陽8月4日電 記者 歐東衢 吳簫劍 潘德鑫 張泉）
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