毕业被“忽悠”进FAST,山沟里一蹲8年,创3项世界第一!

毕业被“忽悠”进FAST,山沟里一蹲8年,创3项世界第一!

来自一颗脉冲星的声音(请想象一下,假装有声音......)

音频里如婴儿心跳一般的声音,来自遥远的星河之外。是2017年10月“中国天眼”新发现两颗脉冲星(之一)发出的声音。下图是这两颗脉冲星的位置,从那里传出来的脉冲信号被科学家探测到,又被转化成的音频信号,从而可以被我们听到。

脉冲星是一个高密度的天体,一颗方糖大小的体积,质量就能达到上亿吨。探测到这个脉冲星的中国天眼,是一个500米口径的射电望远镜(FAST)它的反射面面积相当于30个足球场的大小,是世界上最大的单口径射电望远镜。

这是中国的自主研发的天文设备,第一次探测到新发现的脉冲星。


“我甚至觉得这个项目是在忽悠人”

@姜鹏 ,是FAST项目的调试工作负责人。

他第一次接触到这个项目,是在2009年。

那年,他博士毕业,正面临着人生迷茫的十字路口——是应该继续博士的研究方向?还是寻找一个新的挑战,做自己感兴趣的事情?

时间总催促着人做决定,却也会带来机会的降临。

那时候的机会,是一张招聘启事。

“一个500米直径的索网,能变形,抛物面可以在它的不同的部位形成,而且要求控制精度达到毫米级……”

这应该就是FAST最初的招聘了,这样的一张图,对于当时的姜鹏来说,太不可思议。他甚至觉得,“这个项目可能是一个忽悠人的项目。”

比卖拐还不靠谱……

然而这个招聘启事又“别有用心”的附上了一个发改委的批文,告诉他这是一个真实存在的大科学工程。

带着对这个项目如何实现的好奇,他走入了天眼工程的项目建设。

姜鹏还记得,初次见到南仁东时,还是博士生的他暗自打量着眼前留着八字胡的南仁东,想着,“一看就是头儿”。

南老师特别认真的盯着姜鹏的简历,抬起头,直截了当地说:“就你这简历,毕业后想在中科院系统其他研究所也不太好找工作吧?”

然而转眼,姜鹏已经在这个团队待了整整8年

姜鹏在SELF格致论道讲坛上分享与FAST的故事


“我们几乎经历了所有可能的破坏形式”

这个“大科学工程”,确实是挺大的。

姜鹏说,“如果把FAST比喻成盛满了水的一口锅,我们全世界每个人都可以分4瓶,够大家所有人喝一天的。

它的反射面则像是天眼的视网膜。姜鹏牢牢记着和它相关的那些数字,“它是一个500米口径的钢梁,架在50根巨大的钢柱子上,670根钢索编成的索网挂于横梁,上铺4450块反射面单元,下设2225根下拉索,固定在地面上的触动器上。”

望远镜的“视网膜”

“触动器拽动下拉索,就能控制索网的形状,一会儿是球面,一会儿是抛面,以进行天文信号的收集和观测。”姜鹏补充说。

这样大的射电望远镜,首先要做的是结构设计人类所知道的最多正面体只有正二十面体,于是项目团队不得不为4000多块反射面单元设计出380多个种类。

在连接方式上,传统结构中藐视一切的“温度缝”被一票否决,他们只能设置滑移支座,来释放热胀冷缩产生的钢梁变形。

结构设计优化

技术难题每时每刻都在降临。

我要是用一句话来形容这个索网结构,那就是它是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的一个索网工程。一般一项工程有一项世界第一就已经很难了,但是这个索网却集了三项世界第一,你可以想象它的难度有多大。

FAST的索网要求变形,钢索更像是弹簧,对疲劳性能的要求极高。姜鹏和同事们对十余根钢索结构进行疲劳实验,没有一例能满足要求的,这打击大了。

时间紧迫,刻不容缓。谈到当时的情况,姜鹏还说道,“当时我们的总工程师南仁东,经常在办公室里隔三差五找我去讨论技术问题,每次见到他,他头发都是立着的,天天在焦虑,手足无措,不知道该怎么解决。”

到底需要采用什么样性能的疲劳性能钢索?

望远镜的运行轨迹如何?每根索在未来30年承受的应力如何?观测年限要设计成多少年?设备故障怎么办?

经历的破坏和困难

国家天文台用一次次的失败实验试图解答。

我们几乎经历了所有可能的破坏形式——铆柱的损伤破坏、单丝的磨损破坏,所有可能的我们都经历了。”姜鹏说。一根索的加工失误,都有可能导致整个索网无法精确成形。

把1600根钢索全部返厂重新加工、用力传感器实现挂索网的精确定位、索结构的重新安装……虽然“忽悠人”的项目里充满了无穷无尽的大麻烦,开会就像开玩笑,但总有一个声音呐喊着:搞定它!


“欢迎你把孤独的他们带走”

6000多根索,2000多个节盘,上万个关节轴承。不管是炎炎的烈日,还是冬天,工人们天天吊在几十米的高空上一个个散拼,才终于把索装上合拢。

反射面的安装也一样特殊。从拼装场地吊起来到空中,顺着篮索溜。好几个工人在高空等待,从四米到几十米,一颗颗地将4450块反射面单元安装完毕。

艰难的索结构安装过程,由东南大学的郭振兴团队主动请缨接手。他们非常擅于做这个,研究后给出了这样好的方案。

你也许能想象到,这要经历多么长的一段时间。

从始至终,这个团队已经坚持了22年

他们之中,多得是意气风发的年轻人。他们和FAST共同成长,在项目中度过的日日夜夜几乎就是他们的整个青春年华。

他们简单而善良,一心向科学,却常常孤独,以宠物为伴。

姜鹏还在SELF格致论道讲坛的现场打趣做起了征婚,他对台下的姑娘们说,“照片里的这两个单身帅哥,如果有美女到我们FAST现场去参观的话,我非常希望你把他也带走,这还有他的电话。”

他们是优秀的青年,也一定是靠谱的青年。

( 如有意成为FAST团队家属,请发送简历至联系邮箱:self@cnic.cn)


“看南老师的头发从立到平”

姜鹏说,刚开始做FAST项目时,所有的事情都跟他想象的并不一样,原本困惑的技术问题,其实有很多都在研制阶段,连南仁东先生,也并不确认这个望远镜一定能达到它的设计指标,或者能实现它所有的预期设想。

在经历了近百次失败,与多家企业进行合作后,终于历时两年,像做梦一般研制出了一个适用于FAST的成品钢索结构。

“从那以后,南老师的头发终于从竖立着开始变平了。”

在完成装置后,团队对整个望远镜进行了整体联调。实现对固定目标的跟踪过程,对望远镜来说是一个具有里程碑的调试阶段,就像让天眼的眼珠转动起来。

联调完成后,姜鹏给当时身体已经非常不好的南老师发了一条微信,告诉他这个事已经做成。他感到非常欣慰,向团队表示了祝贺。

2016年9月25号的现场落成仪式上,他们拍下了最后一张照片。(前排橙色箭头指示处为姜鹏)

后排绿色箭头指示处为FAST系统总工程师聂跃平
姜鹏在FAST落成仪式现场

SELF讲坛工作组曾问姜鹏,历经如此坎坷,成为世界上最大的单口径射电望远镜,FAST究竟有多贵?姜鹏说,“FAST其实只是相当于一公里的地铁。但重要的是,特殊的望远镜、大量的运动部件和机械装置,都无史可鉴。”

有人问,为它投入这么多的精力,到底值不值得。姜鹏说:“也许每个人心中都有自己心中的答案,但是FAST对于我来说是非常值得的一件事情。

雾中的美丽FAST

姜鹏说,FAST的现场,就是一个科学的风景。如果运气足够好,爬到一个山顶,兴许能看到雾中美丽的FAST。如果晚上去,则可以看见美丽的星空,对于大多数生活在都市的人们来说,这已经是一种奢侈。

但那里,给了他们最好的馈赠。


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作者:姜鹏 SELF讲坛

SELF格致论道是院科传局和我们联合主办的讲坛,登陆“SELF格致论道”官方网站,可以获取更多信息self.org.cn/)。姜鹏老师的演讲视频也将陆续在中国科普博览上推出,敬请关注。更多合作与SELF工作组self@cnic.cn联系。

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