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“天眼”FAST調(diào)試工作紀(jì)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(jīng)過多次爭論和多方論證,南仁東和彭勃的同門師兄,天文學(xué)家吳盛殷計算出,在中國建設(shè)一個約500米口徑的射電望遠(yuǎn)鏡最合適,既能超越已有設(shè)備,又現(xiàn)實可行。大家便統(tǒng)一想法,將SKA的夢想,嫁接到現(xiàn)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(chuàng)業(yè)。

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

夢想裹挾著創(chuàng)新的風(fēng)險一步一步把時間的坐標(biāo)推到今天。他們成功了,F(xiàn)AST成為世界上最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。

不過FAST工程團(tuán)隊名單上前三位中,南仁東和吳盛殷已去世,當(dāng)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(xué)生代表接受德國電視節(jié)目采訪時說:“中國也要在望遠(yuǎn)鏡靈敏度發(fā)展曲線坐標(biāo)圖里點(diǎn)個點(diǎn)!” 朋友聽了這話私下跟他說:“你敢在德國吹牛。要點(diǎn)個點(diǎn),就必須做第一,當(dāng)世界老大。”

“當(dāng)老大就當(dāng)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(shè)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(yuǎn)鏡的過程就像懷孕。” 準(zhǔn)備收工的李志恒告訴記者,他回頭看了一眼總控室的監(jiān)測屏幕,接著說:“我們現(xiàn)在調(diào)試的過程,相當(dāng)于要把這個孩子養(yǎng)育成才。”

時間來到2018年,更年輕的人們繼續(xù)探尋終極問題的答案。

無先例可循

FAST調(diào)試組正式成立于2017年4月,成員數(shù)10人,80后岳友嶺是調(diào)試組的負(fù)責(zé)人之一。調(diào)試組成員大多是FAST團(tuán)隊中的第二代和第三代人,也是現(xiàn)在的中堅力量。

當(dāng)年FAST令人驕傲的三項自主創(chuàng)新延伸至今,便意味著調(diào)試工作在國際上“無先例可循”。這些平均年齡30多歲的科學(xué)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,F(xiàn)AST相當(dāng)于人類感官的延伸。”總控室里的計算機(jī)集群嗡嗡作響,晚上11點(diǎn)多,李志恒繼續(xù)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,F(xiàn)AST的運(yùn)行系統(tǒng)就充當(dāng)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(zhuǎn)換的過程非常復(fù)雜。拿觀測脈沖星來說,天體呈周期性發(fā)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(jī)處,接收機(jī)將電信號轉(zhuǎn)換成光信號,通過光纜將光信號傳回總控室,再把光信號轉(zhuǎn)換回電信號,進(jìn)而轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,計算機(jī)集群就根據(jù)事先設(shè)定好的程序?qū)⑦@些數(shù)字信號儲存、計算,最終結(jié)合科學(xué)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(shù)路線新穎,以上每兩個逗號之間,都有難以計數(shù)的問題等著調(diào)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(yuǎn)鏡的功能性調(diào)試任務(wù)都已經(jīng)完成,此后一直在調(diào)試性能。望遠(yuǎn)鏡性能的提升,就是精度的提高。”

所以他們現(xiàn)在的日常工作是白天“摳精度”,晚上試觀測。

遠(yuǎn)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(guī)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(shù)千根鋼索織成的索網(wǎng),用來支撐這口“大鍋”和牽引“鍋面”運(yùn)動。

讓這個龐大的裝置達(dá)到豪米級精度殊為不易。“摳精度”的過程,可謂險、難、繁、重。大家經(jīng)常卡在某個問題上,“一卡就是一兩個月”。

例如,F(xiàn)AST主動反射面的面板與面板之間有2225個節(jié)點(diǎn),柔性鋼索拉動節(jié)點(diǎn)位置運(yùn)動以帶動面板運(yùn)動,形成不同的拋物面,以達(dá)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(qū)動。工程師張志偉就管理著這2225個促動器。調(diào)試以來,“通信延遲”、下雨、大霧、鼠蟻?zhàn)鱽y等狀況頻頻發(fā)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(shè)計出了上千套參數(shù),以應(yīng)對各種反射面變形需求。現(xiàn)在反射面節(jié)點(diǎn)的理論位置和實際位置誤差被控制在了5毫米以內(nèi)。

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500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST反射面上的測量靶標(biāo)。FAST攝影團(tuán)隊提供

編輯:周佳佳

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