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FAST工程首席科學家和總工程師:南仁東

大美科學 2019-01-31

  

  2016年9月25日FAST落成啟用

  2017年10月10日

  FAST首次發現脈沖星信號

  南仁東

  是FAST的倡導者、設計者和建設者

  也是FAST工程首席科學家和總工程師

  FAST的落成啟用見證了他

  “心中有夢、勇敢逐夢、堅毅筑夢”

  的22年不平凡的歷程

  2018年是改革開放四十周年

  南仁東榮獲“改革先鋒”稱號

  “中國天眼”還入選

  《改革開放四十年大事記》

  

  南仁東,著名天文學家,中國科學院國家天文臺研究員,FAST工程總工程師兼首席科學家。

  為了建造一個中國的大型射電望遠鏡

  南仁東琢磨了大半輩子,奉獻了一生的智慧

  1963年,南仁東以高考平均98.6分(滿分100)的優異成績奪得“吉林省理科狀元”稱號,并考入清華大學無線電系。即使和現在那些被標上“天才少年”的年輕科學家比,南仁東當時也毫不遜色。

  

  大學時的南仁東

  改革開放后,他代表中國天文臺的專家曾在國外著名大學當過客座教授,做過訪問學者,還參加過十國大射電望遠鏡計劃。這位馳騁于國際天文界的科學家,曾得到美國、日本天文界的青睞,卻在20世紀90年代中期毅然舍棄高薪,回國就任中國科學院北京天文臺副臺長。當時他一年的工資,只等于國外一天的工資。

  

  南仁東早期照片

  1993年,日本東京,國際無線電科學聯盟大會上,科學家們提出,在全球電波環境繼續惡化之前,建造新一代射電望遠鏡,接收更多來自外太空的訊息。南仁東跟同事說:“咱們也建一個吧。”

  

  南仁東參加早期的大窩凼選址(左二)

  沒有多少人看好這個設想。能不能找到合適的地方?施工難度有多大?施工困難能不能克服?這些都是未知數。1994年,南仁東開始為FAST項目選址,南仁東帶著300多幅衛星遙感圖,跋涉在中國西南的大山里。他要尋找當地的窩凼([dàng],塘,水坑。)——幾百米的山谷被四面的山體圍繞,正好擋住外面的電磁波。

  

  南仁東帶領外國專家和工作人員考察大窩凼,并和當地村民合影留念(翻拍照片,2003年10月攝) 。新華社發

  

  FAST選址期間的南仁東

  為了選址,南仁東當時幾乎踏遍了那里的所有洼地。之后,他就帶著人在全中國的大山里尋找適合建造望遠鏡的洼地,最終敲定貴州平塘縣這個叫大窩凼的漏斗天坑。

  

  看了這幅衛星圖,你就能理解當初南仁東老師和團隊選址時經歷的困難了。從300多個備選洼地中選出30多個進行實地考察,最終選定了“大窩凼”!

  圖源:衛星圖

  初期勘探結束后,南仁東老師又申請為FAST工程立項。

  度過了舉步維艱的最初10年,FAST項目漸漸有了名氣,跟各大院校合作的技術也有了突破進展。2006年,立項建議書最終提交。

  從1994年開始選址到最終立項,一共花了12年。

  2007年,FAST項目終于獲得國家批準。2011年,當地村民搬遷完畢,FAST正式動工建設。

  

  F500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)臺址原貌。FAST臺址選定在貴州省黔南布依族苗族自治州平塘縣克度鎮金科村的大窩凼洼地,直徑大約800米。總體位于貴州高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶,地勢總體上北高南低,區域內碳酸鹽巖廣泛分布,巖溶峰丘、洼地、落水洞極為發育,地形起伏不平,低山地形。大窩凼洼地的山梁最高為東南側山頭,標高1201m,洼地的最低點標高841m,最大相對高差達360m。洼地地表巖溶洼地發育,地形起伏大,坡度較陡,地貌類型簡單,局部山體陡峭,形成陡崖和懸壁。

  

  破土動工!圖源:國家天文臺

  

  2012年8月31日,FAST臺址開挖現場,南仁東與施工人員交流。圖源:國家天文臺

  建造期間的FAST

  

  

  建造期間的FAST

  想要建設世界級的大工程,必然會伴隨著大的創新,要想有大的創新,必然有大困難。

  對中國“天眼“FAST來說,最艱難的創新是索網結構。2010年,因為索網的疲勞問題,“天眼”經歷了一場災難性的風險。65歲的南仁東寢食不安,天天在現場與技術人員溝通。他們對買自知名企業的十余根鋼索進行疲勞實驗,均以失敗告終。此時,臺址開挖工程已開始,但索網達不到要求,反射面的結構形式就不能確定下來。

  

  核心技術買不來,也等不起,唯一的道路,就是自主研發。

  南仁東和研究團隊前后做了十多種方案,往返廠家五六次,經歷近百次失敗,最終研制出滿足要求的鋼索結構。

  他總是說,“人是要做一點事情的。人總得有個面子吧,往辦公室一躺,什么也不做,那不是個事。”

  建造期間的FAST

  

  

  建造期間的FAST

  

  圖為世界最大口徑球面射電望遠鏡建設工程實現圈梁順利合龍。該望遠鏡口徑為500米、占地約30個足球場大小

  

  圖為工作人員在吊裝首塊FAST反射面。FAST的反射面由4450塊反射面單元組成,總面積約25萬平米,用于反射無線電波、供饋源接收機接收,是FAST工程的主線。

  

  FAST已經完成索網制造與安裝工程和支撐框架建設,正在進行反射面面板拼裝。

  

  南仁東在大窩凼施工現場(2013年12月31日攝)。圖源:中科院國家天文臺

  就這樣,像搭積木一樣,FAST開始建造了。項目啟動后,南仁東老師開始參與到FAST設計建造的每一個環節:支撐框架建設、反射面面板拼裝、綜合布線工程……每一次,他都要仔細檢查施工細節。

  

  南仁東與工人們合影。圖源:國家天文臺

  作為FAST首席科學家和總工程師,南仁東原本不必事事躬親,但他孜孜不倦,博聞強識,學習力學、測控、水文、地質、繪畫、藝術等知識,謙虛地說自己是“戰術型的老工人”。

  說個小細節吧,在FAST工程安全帽、工作服、饋源艙上,都有一個標志,這是500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)工程任務徽章,他的設計者是誰呢?

  正是南仁東老師!

  

  2016年9月25日,FAST竣工進入試調試階段。利用這一世界最大的單口徑球面射電望遠鏡,人類可以觀測脈沖星、中性氫、黑洞等等這些宇宙形成時期的信息,探索宇宙起源。

  

  系統構成。圖源:FAST官網

  

  群山之中的FAST工程。

  大窩凼,一個封閉的山溝,實現了南仁東建設世界一流水平遠望深空望遠鏡的夢想。有這樣的科學家,有工地上那樣一群可愛的年輕人,不論多少個“中國夢”都會實現!

  

  FAST簡介

  1963年,美國科學家在波多黎各修建了阿雷西博射電望遠鏡(Arecibo Observatory),直徑305米,是當時世界上最大的射電望遠鏡。射電望遠鏡接收數億光年以外的電磁波,這是宇宙真正的語言。

  中國的FAST鏡面直徑更大(500米),望遠鏡的靈敏度是阿雷西博的2.25倍,更為重要的是,FAST覆蓋天空的張角為40°,而阿雷西博只有20°。這意味著FAST能夠輕松突破阿雷西博望遠鏡因張角太小所面臨的觀測天區面積小的限制。

  

  從1994年提出建設射電望遠鏡的概念,到最為艱難的選址,再到攻克技術上的一個又一個難關,與此前著稱于世界的兩個最大射電望遠鏡相比:一個是號稱“地面最大機器”的德國波恩100米望遠鏡,另一個是被評為人類20世紀十大工程之首的美國阿雷西博300米望遠鏡,FAST的靈敏度比德國波恩100米望遠鏡提高約10倍,比美國阿雷西博300米望遠鏡提高約2.25倍,并且在觀測時會變換角度,接收更廣闊、更微弱的信號。預計在未來10-20年時間里,FAST將一直保持世界領先的水平。

  

  “我談不上有高尚的追求,沒有特別多的理想,大部分時間是不得不做。人總得有個面子吧,你往辦公室一躺,什么也不做,那不是個事。我特別怕虧欠別人。國家投了那么多錢,國際上又有人說你在吹牛皮,我就得負點責任。”

  ——南仁東輕描淡寫地帶過了自己22年來在這個項目上的投入和堅持

  編輯:淼淼

  參考資料:

  http://k.sina.com.cn/article_6180132521_v1705d56a900100a3ig.html

  http://www.dwrjh.tw/more/201812/t20181218_841355.shtml

  http://fast.bao.ac.cn/content.php?Action=Con

責任編輯:王超

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