FAST总工艺师：建“天眼”领先国际20年
记者爬了1500级台阶拍摄“快”。
“快速”首席技术专家王其明。(由受访者提供)
7月3日，500米直径的球形射电望远镜“FAST”在贵州完成。它是目前世界上最大的单孔径射电望远镜，也是中国迄今为止最大的天文项目。
今天，这座位于贵州南部的“大锅”已经成为世界瞩目的焦点，甚至成为改变中国天文学历史的一个标志。
FAST是如何构建的？有多好？这对中国的天文学研究会带来什么深远的影响？昨日，《广州日报》记者采访了中国科学院国家天文台“FAST”项目首席技术专家王其明。王其明说，巨型射电望远镜创造了许多奇迹，反映了中国日益进步的自主创新能力。它还将促进中国高技术的发展，如天线制造技术、微波电子技术、并联机器人、大跨度结构和高精度动态千米测量。
文/广州日报记者肖欢欢(签名除外)
照片/广州日报记者张丹(签名除外)
“太累了，我直到10: 30才回到我的住处。”55岁的王其明看起来又累又嘶哑。“FAST”完成后，他一直在协调后期的调试工作，每天都要召开几次会议。
根据计划，“大锅”将投入使用两个月，直到9月底才会投入使用。自2000年以来，王其明一直参与该项目。从那以后已经16年了。他把自己一生中最好的青春献给了“快”。
“当这个项目开始的时候，我还是个年轻人，现在我的鬓角已经斑白了。”出生于科学与工程专业的王其明是一个聪明开朗的人，但是说到FAST，王其明被深深地打动了。他把这个项目比作一个成长缓慢的孩子。
为“快”选择“家”并住在街上
为什么要造这么大的罐子？王其明解释说，这就像用“锅盖天线”看卫星电视一样。锅盖越大，电视画面就越清晰。对于射电望远镜来说，孔径越大，看得越远。全世界的射电天文学家都在寻求建造更大的望远镜来提高灵敏度。以前，世界上最大的射电望远镜是阿雷西博射电望远镜，直径300米。
在过去的40年里，10位诺贝尔奖得主中有6位是通过射电天文学获得的。射电天文学已经成为重大天文学发现的摇篮。
王其明说，1994年4月，中国科学院国家天文台开始选址工作。大口径射电望远镜的位置应该最接近天线罩的形状，所以建造方便，工作量小，不需要开山炸石，附近5-10公里范围内也不会发射电磁波信号。
为了让这个“大锅”有个家，队员们几乎“挖”遍了贵州的喀斯特地貌区域，同时两个小组独立搜索，初步确定了300多个候选洼地。然后，通过计算机模拟填挖方量，选择了30多个实地调查。最后，选择了“大窝塘”岩溶地质条件，该岩溶地质条件不太小，深度适宜，形状较圆，适宜施工。“大窝塘”岩溶地质条件可确保雨水排入地面，而不会因地面沉积而损坏望远镜。
王其明回忆道:“那时，我在户外工作。我睡得很沉，睡得很沉。当我口渴时，我喝了一口溪水。当我饿的时候，我会带一些干粮。冬天，馒头硬得像石头，我的牙齿都掉了。有时候，你一周都不能下山。”
22年打造世界上最牛的“眼睛”
起初，由于资金严重短缺，有人建议把口径降低到400米。但最终，研究小组仍然顶住压力，坚持不缩小范围。2007年7月10日，FAST项目正式成立。王其明想起那天，他激动得流下了眼泪。
从那以后，王其明在京黔地区过着“两点一线”的生活。挖掘工地和控制坡度花了九个月的时间。安装环形梁花了17个月。
2014年7月17日，该团队开始为FAST制造和安装电缆网，这是FAST工程中的一个主要技术难点。这是世界上跨度最大、精度最高的索网结构，也是世界上第一个采用位移工作模式的索网系统。6670根主电缆和2225根下电缆组成了一个完整的“天眼”电缆网。很快，电缆驱动的项目一个接一个地完成了。随着电缆网的完成，反射面的安装将开始。反射面是FAST望远镜的重要组成部分，有4450个反射面单元。2016年7月3日，当最后一个反射面板被安装时，王其明16岁的心终于落下了。
“100多人已经战斗了20多年，其中一些人已经不在了。我们的团队为老年人准备了“40后”，为年轻人准备了“90后”说到这里，王其明哽咽了。事实上，项目的每一步都有风险。例如，拉动“大锅”的电缆网是由含85%碳的高碳钢制成的。它具有高弹性、抗拉和抗疲劳的特点。该材料的某些元素是国家标准的2.5倍。
"在中国没有人能生产这种材料."为了攻克这种电缆技术，王其明和他的团队花了整整两年的时间，在解决电缆问题之前，找到了中国顶尖的电缆工厂和几所大学。
为火星探索奠定基础
王其明说，FAST的两个科学目标是检查宇宙中的中性氢和观察脉冲星。前者可以研究宇宙的大尺度物理以探索宇宙的起源和演化，而后者可以研究极端状态下的物质结构和物理规律。
由于灵敏度的提高，FAST可以看到更远更暗的天体。通过探测星际分子和搜索可能的星际通信信号，发现外星文明的可能性将增加5到10倍。去年引起轰动的引力波是由科学家用阿雷西博射电望远镜发现的，并获得了诺贝尔物理学奖。中国500米直径的射电望远镜将为自然科学研究，特别是物理学和天文学研究提供一个新的平台。此外，FAST还将为中国的火星探测等深空研究奠定重要基础。
据报道，美国的阿雷西博望远镜50多年来一直无人能及，但与它相比，FAST的综合性能提高了约10倍。
速度有多敏感？王其明做了一个类比:“假设你在月球上打电话，FAST可以探测到你的信号。”
王其明在接受《广州日报》采访时表示，FAST此次使用的材料和技术基本上都是中国制造，这充分体现了中国的自主创新能力。“做了这样一件有意义的事情后，我觉得我这辈子没有白活。从目前的情况来看，世界上还有一些奶牛。接下来，我们需要我们的科学家将其投入使用。”
王其明说，外国科学家参观后也感到震惊。“他们都期待我们这个世界上最先进的天文设备，成为人类观察外层空间和带来新的科学研究成果的利器。”
中国科学院国家天文台副主任郑小年也表示，FAST作为世界上最大的单孔径望远镜，将在未来20至30年内保持世界一流设备的地位。
对话
快速望远镜领先国际20年
《广州日报》:7月3日，射电望远镜的主体已经安装完毕。为什么试运行用了两个多月而没有立即投入运行？
王其明:从建筑工地上你可以看到，这是一个非常大的项目。有七个变电站和箱式变压器。现在硬件才完成，因为设备是由许多单位合作开发的，包括测量、控制和机电设备。安装完成后，应在联合调试前进行空载试验。
此外，该工艺系统的验收要求非常严格。就像房子装修一样，我们应该在装修公司离开之前尽快检查并解决问题。
“天眼”不是“死眼”
《广州日报》:在“天眼”建设前后，一共花了13年时间。他的建筑有什么困难？
王其明:望远镜的反射面总面积为25万平方米，相当于30个足球场的大小。它是世界上跨度最大、精度最高的索网结构。超过10，000吨的钢材用于环形梁、电缆网和支撑饲料舱的六座高塔。虽然反射板只有1毫米厚，但使用了2000多吨铝合金。
此外，该望远镜在现场施工中有许多困难。首先是场地环境的限制。该场地为喀斯特洼地，最大落差为150米，大型起重机无法跨越。
第三，我们建造的“天眼”不是“死眼”，它可以移动。根据观察方向，它会拉动电缆网使天线盘变形。当人类转动他们的眼睛时，对于这样一个遥远的空间，将不会有死角。美国的阿雷西博望远镜固定在地面上。因此，我们的建设要困难得多。
《广州日报》:这个“眼球”是如何转动的？
王其明:六线并联驱动控制系统是饲料舱的主要控制系统，是FAST项目的核心组成部分。它可以控制进给舱调整其姿态和位置，从而准确到达反射面的焦点位置，实现进给舱最佳的信号采集能力。就像人类的睫状体一样，它可以调节眼球的焦距，使眼球能清楚地看到远处和近处的物体。
此外，连接到电缆网的2000多台小型电机控制着整个变形过程。六根超过400米的缆绳提升了30吨重的进料舱，移动范围为200米。在移动过程中，各部分的位移应控制在毫米级。射电望远镜建成后，将成为中国天文研究和自然科学研究的利器。不仅是现在，它还将在未来20年保持世界领先地位。
不怕坏天气，但害怕电磁干扰。
《广州日报》:难道你不想为这个“大锅饭”盖上盖子，以防止雷击等恶劣天气吗？
王其明:作为一个射电望远镜，FAST的基本原理几乎和普通的pan卫星天线一样，只是这个pan接收非常微弱的宇宙信号。它主要由抛物面反射信号和馈源舱接收信号组成。通过“锅”的反射和聚焦，几平方米到几千平方米的信号被聚集到一点。如果盖一个锅盖，它的功能不会丧失吗？
对于雷电等恶劣天气，我们有防雷系统。对于冰雹，我们有防雹炮，可以将冰雹分解成小块。此外还有降雪的问题，这对贵州影响不大，贵州一年只有几天，气温在零度以下。总的来说，我们考虑得非常透彻。
《广州日报》:射电望远镜对电磁干扰有很高的要求。在接下来的几公里内会没有电磁信号吗？
王其明:你说得对。对电磁干扰有严格的要求。贵州省刚刚颁布了一项专门针对我们设备的法律。要求关闭距离FAST项目5公里以内的所有基站。手机和数码相机不能在现场使用，汽车也不能用电子方式点火，包括中国和巴基斯坦，它们必须燃烧柴油车辆。
《广州日报》:这台射电望远镜的设计寿命有多长？
王其明:设计寿命是30年。国外的大多数望远镜都扩展了它们的服务。阿雷西博望远镜也已经使用了很长时间。它到期后，经过一些升级后仍然可以使用。整个FAST项目的成本约为11亿元。
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快速瞬变电磁法野外勘探
“疯狂”天坑
FAST项目位于贵州省黔南州平塘县科都镇泸水村大武堂。随着FAST选址的确定，这个拥有30多万人口的小镇变得异常繁忙。
今天，越来越多的游客涌向这个小镇，去看能听到低语声的“超级大锅”。
在平塘，当地人称FAST为“天坑”或“达电台”。第一个名字描述它的形状，而后者更“文化”。无论什么样的地址，每当外国人提到FAST，当地人总是指着离县城100多公里的深山。
“天坑”影响
距离“天坑”十多公里的平地上矗立着两座黄色的建筑，与周围的低矮房屋相比，显得突兀而不寻常。
“一个是文化公园，另一个是五星级酒店。”司机王师傅说"天坑"即将完工，其他配套设施也在抓紧施工。“天坑”带来的旅游效应将非常突出。
行人可以感受到“天坑”在尘土飞扬的路边的强大影响力:无论是卖饮料的小店还是餐馆，所有的招牌都以“天坑”为背景色，十分显眼。记者了解到，许多旅游项目也将在龙航和塘边的周边村庄开发。
天坑的巨大影响使拥有90%以上农业人口的平塘县看到了它将带来的巨大经济效益。到那时，以前的农业县也将变成一个“旅游县”。
这些山现在是“天坑”
从平塘县城到“天坑”所在地的科都镇，100多公里都是省道。虽然路面相当平坦，因为所有的道路都被山包围着，但是偶尔会在路边看到不同大小的山落下的碎片。
从省道到大科托镇，我们还得走十多公里真正的山路。不仅道路崎岖不平，而且还有更多的碎石。
尽管如此，昨天非周末期间，许多私家车仍在寻找去天坑的路。
"这条路能快到吗？"许多车主在山路上颠簸了几十分钟，忍不住下车询问过往车辆。得到肯定的回答后，车主踩下油门，沿着崎岖的山路冲了上去。
崎岖山路的一侧是深谷，很像“天坑”。在峡谷的平地上，可以看到许多家庭仍然住在这里。
“在天坑五公里范围内，所有村庄都已迁出，甚至连通信基站都无法建立。”一位当地村民说，"天坑"的到来给他们带来了新的"机会"，他们依靠天气吃饭，也希望依靠"天坑"过上更好的生活。
当他到达高山时，王大师开始集中精神，崎岖的山路根本不能分散他的注意力。七转八转之后，当他看到一座巍峨的山时，王师傅不禁提醒道:"那山后面就是天坑。"
1500步，40层
由于截止日期，通往“观景台”的道路已经关闭。从封闭的道路交叉口到“观景台”项目区，步行近五公里进入施工现场，噪音不断。
由于“天坑”整体尚未完工，游客到达施工现场时将手持临时脚手架，一步一步爬上项目中的“观景台”。
“两边都有通往‘观景台’的台阶，共有1500级台阶，每级0.15米。”一名在建筑工地工作的工人告诉记者，由于他的工作是加固台阶，他一天要爬上爬下四次台阶。
记者粗略估计，从施工现场到“观景台”的高度按每边750步计算高达112.5米，而从施工现场平台到“观景台”的高度按每层2.8米计算为40层。
尽管如此，许多游客来到“观景台”，终于在山谷中看到了“天坑”。记者从“观景台”往下看，发现在这个FAST的底部，有许多排列整齐的白色小圆柱，中间位置与民用“天线盘”完全相似。不同的是，六个高耸的天线塔平均分布在“锅”的周围。
游客们在看到“超级大锅”的真正特征后，开始一个接一个地走下去。
“天坑”给人们带来了极大的旅游热情。人们开始怀疑它是否能听到“低语”的声音？
(我们的记者在张丹)