仰望浩瀚星空,漫天星辰闪烁,人类对探索宇宙的思考与热情从未停止。

　　脚踏实地奔赴星辰大海。1994年,中国天眼工程团队由人民科学家南仁东牵头组建,此后长期围绕中国天眼开展关键技术攻关,先后荣获第6届全国专业技术人才先进集体、第23届中国青年五四奖章集体和中国科学院杰出成就奖,今年1月,荣获“国家卓越工程师团队”称号。

　　位于平塘县的世界上最大单口径球面射电望远镜——“中国天眼”(FAST)。

　　500米口径是起点

　　初春的太阳暖洋洋,采访车一路向南进入平塘县克度镇金科村,在大山中劈开的蜿蜒小路上爬行。约20分钟,“中国天眼”的石碑映入眼帘。

　　“正在观测”“请勿携带电子设备”“请勿拍照”等警示牌挂在紧闭的电动门上。记者由此步行830步,终于见到了这口“大锅”——500米口径球面射电望远镜。

　　“大锅”静静地坐在大窝凼里,周围6座高塔上分别伸出一根钢索,共同拉着一个似钻石三角形的馈源舱,仔细听可以听到断断续续的滴滴声,仿佛是来自宇宙太空的电磁波信号荡漾在心灵深处而产生的节韵。

　　自20世纪初射电天文诞生起,在不到70年的时间里贡献了类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射四大天文发现,展示了广阔的发展潜力。

　　随着手机、数码相机等电子产品开始大范围普及,全球电磁波宁静环境越来越少,各国天文学家更加急迫地期望筹建更多、更大口径射电望远镜。

　　南仁东(中)与工程技术人员在大窝凼施工现场检查施工进展(2014年12月1日摄)。国家天文台 供图

　　1993年,日本京都国际无线电科学联合会(URSI)大会上,时任中国科学院北京天文台(国家天文台前身)副台长的南仁东宣布,中国将建造新一代类似Arecibo(1963年,美国康奈尔大学建造的305米口径固定式球反射面巨型射电望远镜)的球反射面巨型射电望远镜。

　　“让‘大锅’坐在洼坑里,能突破全可动望远镜口径不超过100米的瓶颈,还能利用喀斯特独特的地质条件解决洼坑的排水难题,节省土方工程所需的巨额资金。”“中国天眼”团队(FAST运行和发展中心)结构与机械工程部主任李辉说,给“大锅”选一个合适的家,成为了团队接来下10余年中最重要的事。

　　2005年,平塘县克度镇金科村的大窝凼洼地从3000个备选台址中脱颖而出,成为FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)500米口径球面射电望远镜台址。

　　夜色中的中国天眼。

　　变“复制”为“创造”

　　“为什么是500米口径?”记者好奇地问道。

　　“肯定得比305米大。”李辉轻松地回答,“Arecibo是305米口径。超过它,我们望远镜的性能就会有更高的提升。”

　　“只能是500米吗?”记者追问。

　　“不是,大窝凼的附近就有800米的坑,只是综合考虑望远镜性能和造价,选了一个较好的性价比。”李辉说。

　　2016年9月25日,总投资11.73亿元的FAST工程落成。回望选址、预研究、论证、立项、建设,每一步都充满挑战和困难。

　　拼版照片:上图为2015年8月2日拍摄的“中国天眼”首块面板安装成功;下图为2016年7月2日拍摄的“中国天眼”吊装最后一块反射面板。

　　起初,科学家们想直接复制一个Arecibo,相应地做一个更大口径的望远镜,没想到一开始就遇到了难题。

　　“FAST的口径达500米,支撑平台尺寸需要相应扩大,粗略估计超过万吨。”李辉说,这对塔和索的强度和刚度要求都非常高。这一刻起,FAST与Arecibo分道扬镳,走上自我创新之路。

　　经长期研究,FAST采用计算机伺服控制的大跨度柔性索并联牵引系统取代Arecibo重达近千吨的三角形支撑平台,形成光机电一体化的无平台馈源支撑方案,最终定型为6塔6索牵引30吨馈源舱。团队还研制出满足10万次的耐弯曲疲劳寿命的动光缆,攻克缆线入舱信号传输“生命线”难关。

　　“中国天眼”全景(2022年7月21日维护保养期间鱼眼镜头拍摄)。

　　为解决望远镜球反射面难题,FAST再次创新采用主动变形反射面,让FAST球反射面可以根据观测目标位置改变形状,形成300米口径抛物面,使平行入射的电磁波信号只需一次反射即可聚焦,突破了Arecibo需第3次反射才能接收电磁波信号的缺点。

　　在南仁东的指导下,FAST工程正式成立调试核心组。组长姜鹏和团队成员经过两年大规模疲劳实验、上百次实验,研制出疲劳强度能达到500兆帕200万次的超高耐疲劳钢索,让主动变形反射面方案成功落地。并经多年优化改进,逐步形成今天由圈梁、格构柱、索网、反射面单元和促动器构成的主动反射面系统。

　　在位于贵州省平塘县大窝凼洼地的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)拍摄的星轨。 杨俊波 邓刚 摄

　　惊雷中的一声蝉鸣

　　与Arecibo相比,FAST不仅大幅度降低馈源支撑系统自重,还实现馈源舱在140米高空、206米尺度范围内实时定位,直径约13米的馈源舱对电磁波信号的遮挡效应几乎能忽略不计,且可观测天区约为Arecibo的2倍。

　　李辉这样评价那段日子:“通过努力,我亲眼见证了FAST的成长。这种机遇是一种财富,极大拓展了我的视野。”

　　2017年8月27日,FAST第一次实现对特定目标的追踪观测;8月28日,FAST成功地对同一个天体跟踪两次;10月,FAST首次发现6颗新脉冲星,让中国实现“零的突破”。

　　来自宇宙的电磁波信号就像惊雷中的一声蝉鸣。历时22年,FAST终于打开了中国的“天眼”。

　　如今,“中国天眼”已正式投入运行并向全球开放,发现的脉冲星总数超过870颗,是同一时期世界上所有其它望远镜发现脉冲星总数的3倍以上,并在脉冲星、快速射电暴及引力波探测等领域产出一系列世界级成果。在团队的努力下,它的年观测时长常年保持在5300小时以上,达到了国际同类大科学装置的水平。

　　李辉透露,未来数年里,有望在FAST周边再建20余台小口径全可动射电望远镜,与FAST组成望远镜阵列(FAST先导阵),在保持FAST超高灵敏度的同时,提高望远镜分辨率,探索长久保持FAST领先能力的途径。