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“中国天眼”引领创新发展

贵州日报天眼新闻记者 袁航

这几天,在北京展览馆展出的“奋进新时代”主题成就展贵州展区特色展项——“天眼观苍穹”前,经过技术处理的来自宇宙深处的脉冲星声音吸引了大量观众驻足。

“非常震撼!非常奇特!”刚通过耳机体验完这个特色展项的北京观众封尘羽久久不能平复心情。他说,“何其有幸能身临其境地听到宇宙深处的声音,非常感谢科研团队和设计团队的付出,为我们呈现了这场十分精彩的视觉和听觉盛宴。”

这些令观众称赞不已的脉冲星由被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)发现。在贵州平塘县大山深处,FAST凭借卓越性能和稳定运行催生了一系列具有国际影响力的科学产出,脉冲星发现正是其中之一。目前,FAST已发现的脉冲星超过660颗,进入成果爆发期。

从追赶到领先的一次尝试

2021年春节前夕,习近平总书记到贵州视察,在与“中国天眼”团队连线时强调,全面建设社会主义现代化国家,必须坚持科技为先,发挥科技创新的关键和中坚作用。他指出,以南仁东为代表的一大批科技工作者为此默默工作,无私奉献,令人感动。

FAST运行和发展中心常务副主任、总工程师姜鹏说,FAST工程团队始终牢记习近平总书记的殷殷嘱托,以南仁东先生为榜样,坚守一线保障FAST高效运行。  

上世纪90年代初,以南仁东先生为代表的老一代天文学家大胆提出设想,决心在祖国的土地上建一个世界上最大的单口径射电望远镜,让中国天文学家看到更深远的星空。

突破区域限制是这漫漫征途中要翻越的一座大山。开始选址时,南仁东虽已年近五十,但他不顾劝说,亲自踏勘。从1994年到2005年,他带领团队走遍了贵州大山里的上百个窝凼。一根竹竿、几粒救心丸、数双磨破开裂的鞋,无不记录了选址的艰辛。

功夫不负有心人,十余年努力,南仁东终于在乱石密布的喀斯特石山里——平塘县克度镇的一处“大窝凼”,选定了FAST建设地址。

2011年3月,FAST正式开工建设。不同于世界上已有的单口径射电望远镜,FAST首创主动变形反射面,可以改变形状,但对支撑其不断变换的索网抗疲劳性能要求极高,现有钢索难堪重任。

为突破这一难题,姜鹏带领团队用了两年时间进行大规模的索疲劳试验,经历近百次失败后,最终攻克了超高强度、抗反复拉伸的钢索技术,有效支撑了FAST反射面单元的变换,帮助FAST更好地收集和观测天文信号。

2020年1月11日,历经20多年论证、立项及艰苦建设后,“中国天眼”通过国家验收并投入使用,成为具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。它的投入使用,对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展具有重要意义。

让人类看到更深远的星空

观测设备每年运行达6000个机时以上、发现迄今为止唯一一例持续活跃的重复快速射电暴FRB20190520B、获得迄今为止最大的快速射电暴偏振观测样本、FAST中性氢谱线测量星际磁场取得重大进展……

落成启用以来,FAST凭借其高灵敏度优势,在快速射电暴、星际介质及恒星形成、脉冲星等的发现和研究上,都取得了实质性的突破和代表性的成果,开启“多出成果、出好成果”阶段。

姜鹏说,保障FAST稳定运行,“让中国天文学家看到更深远的星空”,是FAST工程团队的浪漫理想。

最近一段时间,除针对现有设备存在的不足进行优化升级外,雷政正在开展促动器、索驱动等系统智能故障诊断和预测的相关技术和方法研究,以期在现有基础上尽可能缩短维护时间,提高望远镜观测时长,增加科学产出概率。

作为FAST现场维保组组长,雷政主要负责FAST现场维保工作,确保望远镜长期、可靠、稳定运行。他说,“FAST目前总体运行良好,但我们不敢有一丝懈怠。只有将望远镜维护好、运行好,才能多出成果、出好成果,实现科技报国梦。”

为提升FAST观测效率,FAST运行和发展中心电子与电气工程部主任甘恒谦正加快研制新型相控阵馈源接收机及其关键技术。他表示,FAST运行和维护绝不是墨守成规地日常重复。

“要把一个巨型设备维护好,高效运行的同时扩展它的功能、提升它的性能,这要求我们要不断研制新技术新方法来升级望远镜。”甘恒谦说,他将以南仁东为代表的老一辈科研工作者为榜样,勇于创新,把FAST维护好,产出更多高质量的观测数据和重大科学成果来回馈社会、回馈国家。

与此同时,FAST工程团队也在开展望远镜的选址工作,推动阵列方案落地。并基于脉冲星测试方法,建立自主可控的时间基准体系,目前已取得了一定的阶段性进展。

“基于FAST,目前产出高水平论文超过百篇。”姜鹏说,未来将继续开展科研攻关,不断解决中国射电天文领域的“卡脖子”问题,保持FAST在国际同类设备核心竞争力,将FAST的巡天效率实现数量级提升,服务好国家重大战略需求。

美丽夜空带我们跨越平庸

“美丽的宇宙太空,以他的神秘和绚丽,召唤我们踏过平庸,进入它无垠的广袤。”南仁东先生把对浩瀚宇宙的憧憬与渴望,变成了“别人都有自己的大设备,我们没有,我想试一试”的创新争先精神。

这种追逐梦想的坚毅执着,正激励着贵州在天文领域的探索与研究逐渐走向深入,在科技创新的征途上大踏步前进。

在贵州大学省部共建公共大数据国家重点实验室的“天文大数据联合实验室”里,科研人员正与第三方合作开展技术攻关。这是国家天文台与贵州大学合作共建的实验室,以期破解“中国天眼”面临的部分难题。

“实验室将密切关注天文大数据前沿知识和技术,充分用好‘中国天眼’这一大科学装置,推动天文科学与大数据深度融合,助力‘中国天眼’产出更多科研成果。”贵州大学省部共建公共大数据国家重点实验室主任李少波说,未来实验室将在脉冲星智能搜索方面进行探索性研究。

4台机械臂末端扭矩枪自动将螺栓从放置盘上卸下,灵活旋转调整位置,再精准安装至模拟馈源接收机底部螺纹孔……近日,在贵州航天控制技术有限公司,随着技术人员输入指令,FAST运维机器人完成模拟馈源接收机的安装和拆卸任务,标志着由贵州造馈源接收机拆装搬运机器人即将进入“中国天眼”现场。

“FAST运维机器人项目于2019年11月立项,是公司与国家天文台合作的科技部‘智能机器人’重点专项。”贵州航天控制技术有限公司机器人总体部副部长李林说,其研制成功,能够实现高效自动拆装,极大降低人工劳动强度和设备损害的风险。

“中国天眼”虽身处洼地,却能捕捉来自遥远星系的极微弱信号。以“中国天眼”为引领,贵州科技工作打破长期滞后的局面,实现跨越式发展。2021年,贵州区域创新能力居全国第18位,比2015年提高4位;综合科技创新水平居全国第25位,比2015年提高5位。

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