姜鵬：用心守護「中國天眼」
科技日報記者 都芃
臨近「十一」長假，貴州省平塘縣又變得熱鬧起來。如今，這裏是研學遊熱門目的地，許多孩子趁假期來看位於群山之中的大國重器——全球最大單口徑射電望遠鏡、被譽為「中國天眼」的500公尺口徑球面射電望遠鏡（FAST）。
「天眼」難建。從2011年3月開始，數千名科學家、工程師和建設者深入貴州省平塘縣的山谷，用工匠精神精雕「眼窩」、勾勒「眼底」、密布「神經」……2016年7月3日，隨著最後一塊反射面板安裝完成，FAST主體工程完工。這支團隊開創了巨型望遠鏡建設的新模式，為大科學工程建設積累了寶貴的經驗。
近日，FAST總工程師姜鵬接受科技日報記者采訪，講述研制團隊砥礪奮鬥、攻堅克難的建設歷程。
「起步晚就要比別人走得快一點」
記者：在FAST建成前，中國最大的射電望遠鏡口徑不足30公尺。我們為什麽要做口徑500公尺、世界最大的射電望遠鏡？
姜鵬：射電望遠鏡於上世紀30年代才被發明出來，發展至今不到百年。但在這期間，射電天文取得非常豐碩的成果，極大地拓展了人類視野。中國射電天文學研究起步較晚。起步晚就要比別人走得快一點，否則永遠趕不上。
通常來講，射電望遠鏡口徑越大，綜合效能越強，越有可能助力產出重大科研成果。1994年，南仁東先生回國，決心建一個世界最大的單口徑球面射電望遠鏡，讓中國天文學家走在世界射電天文的最前列。
記者：一下子要做到世界最大，當時外界看好嗎？
姜鵬：當時各種聲音都有，有期待更有質疑，因為難度實在太大了。有人覺得工程技術難度大，有人認為方案不合理。我們團隊只有把望遠鏡做出來，才能回應所有質疑。
記者：建造「世界最大」給團隊帶來了哪些困難？
姜鵬：FAST工作方式比較特殊，其500公尺跨度的索網經常在球面和拋物面之間變化，拉索的最大工作應力幅達到500兆帕，是傳統標準的2.5倍以上。這是全世界範圍內從未被實作過的鋼索疲勞效能。
記者：您和團隊是如何應對這一挑戰的？
姜鵬：我們首先計算出望遠鏡未來30年內的執行軌跡。以這些軌跡為基礎，我們進行了大規模的力學仿真，計算出每根鋼索在未來30年內的應力時程曲線，進而得到疲勞損傷分布圖。
然後，我們根據這些數據，再把各類不確定性因素考慮在內，得出一個研制目標。瞄準這個目標，我們聯系合適的廠家研制鋼索，並不斷地對其進行測試。
我還記得，當時我們從市面上買了十余根鋼索進行疲勞實驗，結果沒有一種達到使用要求。這對我們來說是非常沈重的打擊。我們用了兩年時間，經歷近百次失敗後，最終和廠家合作研制出適用於FAST的成品鋼索。
記者：FAST的偵錯周期非常長，主要困難在哪裏？
姜鵬：FAST作為世界一流的射電望遠鏡，僅僅「大」是不夠的，還必須精準。在500公尺的結構中，反射面、索網、框架、接收器，每一部份的位移精度都要控制在公釐級。要想達到足夠精度，需精心偵錯測量、控制系統。
舉例來說，我們把FAST比作眼睛，吊在反射面上空的饋源艙就是它的瞳孔。宇宙中的射電訊號極其微弱，訊號打到FAST反射面上，經過反射，會匯集到饋源艙。FAST饋源艙的體積很小，重量只有30多噸。世界第二大射電望遠鏡阿雷西博望遠鏡的饋源艙重量是1000多噸。饋源艙個頭越小，對光路的遮擋越少，望遠鏡「看」得越清楚。
但饋源艙被吊在距地面140公尺的高空，下面是反射面。我們要不斷調整反射面和饋源艙的位置、角度，使它們匹配得更好，讓FAST視野更清晰。偵錯誤差都是以公釐計算的。
經過反復偵錯，我們慢慢把FAST從「近視眼」調到了正常視力。此外，透過整體聯調，FAST實作了對固定目標的跟蹤，即「天眼」的眼球可以正常轉動了。
記者：除此之外，在FAST建造偵錯過程中團隊還面臨哪些困難？
姜鵬：FAST位於野外山區，在建設階段，當地基礎設施還不完善，工作人員的飲用水、通訊、醫療都是大問題。等到偵錯階段，工作人員的生活條件有了很大改善。但由於身處偏遠山區、與世隔絕，長期與家人分居兩地是我們共同要面對的問題。
「望遠鏡不‘休息’我們就不下班」
記者：您目前所在的FAST執行和開發中心的日常工作主要有哪些？
姜鵬：中心的主要工作包括望遠鏡日常執行、維護以及落實FAST科學委員會制定的時間分配方案等。
記者：日常執行中會遇到哪些挑戰？
姜鵬：最大的挑戰是安全問題。我們不僅要保證望遠鏡結構、執行的安全，還要保證包括執行維護人員的安全。
比如，長時間降雨後，望遠鏡周圍山體是否會掉落巖石、威脅望遠鏡安全；工作人員高空檢修作業時，人身安全是否保障到位……為了最大限度避免安全問題，我們套用了很多技術手段，比如無人機巡檢。
記者：FAST正式執行以來取得累累碩果。在諸多成果中，哪一項您印象較深？
姜鵬：印象深的成果有很多。比如，最近中國科研團隊發現了一顆處於雙星系統中的脈沖星。它的軌域周期只有53分鐘，是迄今為止發現的軌域周期最短的脈沖星，而且非常罕見地處於一種類似「破繭成蝶」的變化過程中。
記者：當時科學家是怎麽觀測到這一變化的？
姜鵬：很多人以為，成果是FAST直接觀測所得，其實不然。FAST最初傳來的就是一大堆數據。科學家對這些數據進行細致研究後，才可能獲得一些新發現。
因此，執行望遠鏡的工作其實非常枯燥。但FAST取得的每個成果，都離不開工作人員日復一日細心、耐心的工作。
記者：目前，FAST年觀測時間穩定在5300小時左右，幾乎「全年無休」。這是如何做到的？
姜鵬：首先要保證望遠鏡的技術效能，這就靠前面所說的大量日常執行維護工作。比如，我們要研判貴州野外環境中復雜的氣候，避免望遠鏡受天氣影響無法觀測。
此外，要合理安排工作人員。望遠鏡不「休息」我們就不下班，24小時都有人現場值班。
同時，我們透過設立獎懲制度，鼓勵大家積極提出工作中發現的問題以及合理化建議。一旦建議被采納，我們會給予提出者獎勵。這主要是為了鼓勵每個人認真對待可能出現的問題，防患於未然，保證望遠鏡安全穩定執行。
「常遇到‘山窮水盡疑無路’的困境」
記者：目前FAST執行團隊成員的年齡、專業構成是怎樣的？
姜鵬：FAST執行團隊成員中，天文學專業出身的不多，大多數是工科出身。目前，團隊主力的年齡在40歲上下，是最早參與FAST建設、偵錯的那批人。同時，近年來也有不少新鮮血液加入。這些年輕人敢想敢幹、勇於實踐，慢慢地也開始在FAST執行中發揮中流砥柱的作用。
記者：著眼未來發展，您認為FAST更需要哪類科研人才？
姜鵬：FAST所需的科研人才要根據不同研究方向而定。比如，現在我們希望開展脈沖星時間基準相關研究，那麽就需要從事脈沖星物理研究的人才。除此之外，我們還希望探索綜合孔徑陣列，這就需要精通陣列數據處理技術的人才。總體來說，FAST所需的科研人才團隊會根據研究方向的變化而更加多元。
記者：FAST地處偏僻山區，如何引進、留住優秀人才？
姜鵬：整體來看，我們的人才隊伍比較穩定。除了少數方向外，大部份研究方向人才儲備相對充足。FAST相關研究創新性要求很高，從業人員需有深厚的專業背景和一定的經驗。目前，中國科學院國家天文台是培養FAST相關人才的主要機構。
記者：作為大國重器，FAST備受關註。從偵錯到執行，您面對重重壓力、挑戰，是如何堅持下來的？
姜鵬：在建設和偵錯過程中，我和團隊成員常遇到「山窮水盡疑無路」的困境，感覺快堅持不下去了。一位同事老哥跟我說，他是靠著情懷坐「冷板凳」，熬過許多年。很多年後，我才明白，所謂情懷就是，在找不到理由時，給自己一個堅持的理由。
記者：著眼FAST未來發展，您和團隊還將開展哪些工作？
姜鵬：接下來，我們最重要的工作，依舊是做好執行，服務好國內外科學家，爭取讓FAST產出更多重大成果。同時，我們希望進一步完善FAST的效能，比如改善分辨率、提升靈敏度等；提升FAST部份關鍵技術裝備的國產化水平，讓FAST處在射電天文領域最前列。
記者手記
記者第一次見到姜鵬是在今年初的第十四屆全國人民代表大會第一次會議第二場代表通道上。作為貴州省全國人大代表，他在通道上分享了FAST近年來取得的成就。原本話不多的他，說起這些成果時，侃侃而談，雙目炯炯有神。
姜鵬是一個典型的「理工男」，說起個人生活總是支支吾吾，但談到技術馬上變得滔滔不絕。
姜鵬喜愛有挑戰的工作。博士畢業，看到FAST招聘通知，他在反復確認計畫的真實性後，便義無反顧投身其中。
吸引姜鵬的是FAST計畫的不可思議和「瘋狂」。一張500公尺直徑的索網，不僅能變形，控制精度還達到公釐級。這在當時看來似乎是不可能完成的任務。巨大的工程體量，超高的精度要求，極特殊的工作方式，構成了前所未有的技術挑戰。姜鵬恰恰是一個好奇心重、喜歡解難題的人。這台望遠鏡幾乎滿足了他對一個傳奇工程所有的期待和設想。姜鵬想知道，這個「瘋狂」的計畫將如何完成。
不過，難度還是超出了姜鵬的想象。作為世界最大的射電望遠鏡，FAST采取了全新結構，建設幾乎沒有經驗可循。多少次，研制團隊被撲面而來的問題「卡得幾乎一動不動」。他至今記得許多個日日夜夜，時任FAST總工程師南仁東和團隊成員為此殫精竭慮的樣子。
進入偵錯階段後，姜鵬接替南仁東擔任FAST總工程師，體會到了崗位的壓力與責任。他曾帶領團隊成員連續三個春節奮戰在工程現場，建立起適用於FAST的測量控制方法體系。
過程是痛苦的，但姜鵬認為自己是幸運的。他慶幸自己遇到了能讓他沈浸其中、傾其所有的傳奇工程，並在社會各界的支持下，造出了這一舉世矚目的大國重器。
姜鵬用「夢幻」來形容這段旅程。他說：「這是一個把不可能變成可能的過程，其中的成就感和滿足感不是所有人都有機會體驗的。」
如今，在全球範圍內，FAST是領先的，但姜鵬知道這樣的領先來之不易。他將和團隊成員繼續前進，保持並擴大FAST的領先優勢。
人物剪影
姜鵬，FAST總工程師、中國科學院國家天文台副台長，主要從事射電天文技術與方法研究工作，目前全面負責FAST執行和發展規劃。
