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“天眼”FAST調試工作紀實:白天摳精度 晚上試觀測

2018年06月04日 07:20 | 來源:中國青年報
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而后經過多次爭論和多方論證,南仁東和彭勃的同門師兄,天文學家吳盛殷計算出,在中國建設一個約500米口徑的射電望遠鏡最合適,既能超越已有設備,又現實可行。大家便統一想法,將SKA的夢想,嫁接到現如今的FAST身上。

于是一群對探索終極問題有熱忱的人開始創業。

為了解決望遠鏡的支撐問題,他們需要找到一個天然的“大坑”,讓望遠鏡像一口鍋一樣“坐”在里面;為了解決電磁波信號接收機,即饋源艙的移動問題,他們需要設計一個可靠又省錢的機械結構;為了讓望遠鏡能夠在最大范圍內靈活追蹤天上的目標,他們需要望遠鏡反射面能動——正是這些挑戰,逼出了FAST的三大技術創新。

夢想裹挾著創新的風險一步一步把時間的坐標推到今天。他們成功了,FAST成為世界上最靈敏的射電望遠鏡。

不過FAST工程團隊名單上前三位中,南仁東和吳盛殷已去世,當年算得上是年輕人的彭勃也戴上了老花鏡。

彭勃記得他早年作為留學生代表接受德國電視節目采訪時說:“中國也要在望遠鏡靈敏度發展曲線坐標圖里點個點!” 朋友聽了這話私下跟他說:“你敢在德國吹牛。要點個點,就必須做第一,當世界老大?!?/p>

“當老大就當老大!” 他回答說。從FAST的想法成形,到今天成為全球最靈敏的宇宙“淘金”設備,過去了20年,盡管時間長了些,但彭勃并沒有吹牛。

“那個造望遠鏡的過程就像懷孕?!?準備收工的李志恒告訴記者,他回頭看了一眼總控室的監測屏幕,接著說:“我們現在調試的過程,相當于要把這個孩子養育成才?!?/p>

時間來到2018年,更年輕的人們繼續探尋終極問題的答案。

無先例可循

FAST調試組正式成立于2017年4月,成員數10人,80后岳友嶺是調試組的負責人之一。調試組成員大多是FAST團隊中的第二代和第三代人,也是現在的中堅力量。

當年FAST令人驕傲的三項自主創新延伸至今,便意味著調試工作在國際上“無先例可循”。這些平均年齡30多歲的科學家和工程師,正小心翼翼地為射電天文觀測開辟一種新的、中國的解決方案。

“簡單來說,FAST相當于人類感官的延伸。”總控室里的計算機集群嗡嗡作響,晚上11點多,李志恒繼續搜腸刮肚地打比方。

我們的感官無法識別和處理宇宙中的天體傳來的電磁波信號,FAST的運行系統就充當了媒介的角色,它將信號收集、處理、再翻譯成人類能理解的形式。

但中間這個轉換的過程非常復雜。拿觀測脈沖星來說,天體呈周期性發射的微弱的電磁波射向地球,有一部分落在FAST的反射面上,反射面將這種電信號匯聚到饋源艙接收機處,接收機將電信號轉換成光信號,通過光纜將光信號傳回總控室,再把光信號轉換回電信號,進而轉換成數字信號,計算機集群就根據事先設定好的程序將這些數字信號儲存、計算,最終結合科學家的分析,識別出能夠代表脈沖星的一串特殊的信息。

由于FAST的技術路線新穎,以上每兩個逗號之間,都有難以計數的問題等著調試人員去解決。

岳友嶺告訴中國青年報·中青在線記者:“截至去年年底,望遠鏡的功能性調試任務都已經完成,此后一直在調試性能。望遠鏡性能的提升,就是精度的提高?!?/p>

所以他們現在的日常工作是白天“摳精度”,晚上試觀測。

遠看FAST就像一口直徑500米的大鍋,“鍋沿兒”上佇立著6個百米高塔,每個塔伸出一條鋼索,6根鋼索提著一個形狀不規則的白色艙室移動,艙室的下方是由4450塊三角形面板拼成的“鍋面”,而“鍋底”還有數千根鋼索織成的索網,用來支撐這口“大鍋”和牽引“鍋面”運動。

讓這個龐大的裝置達到豪米級精度殊為不易?!皳妇取钡倪^程,可謂險、難、繁、重。大家經??ㄔ谀硞€問題上,“一卡就是一兩個月”。

例如,FAST主動反射面的面板與面板之間有2225個節點,柔性鋼索拉動節點位置運動以帶動面板運動,形成不同的拋物面,以達到反射面能夠“跟蹤”的效果。每根鋼索靠插在大窩凼草叢中的液壓桿促動器驅動。工程師張志偉就管理著這2225個促動器。調試以來,“通信延遲”、下雨、大霧、鼠蟻作亂等狀況頻頻發生,為了讓反射面面板“聽話”,張志偉他們在一年多的時間里設計出了上千套參數,以應對各種反射面變形需求?,F在反射面節點的理論位置和實際位置誤差被控制在了5毫米以內。

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500米口徑球面射電望遠鏡FAST反射面上的測量靶標。FAST攝影團隊提供

編輯:周佳佳

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關鍵詞:“天眼”FAST 調試

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