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“天眼”FAST调试工作纪实:白天抠精度 晚上试观测

2018年06月04日 07:20 | 来源:中国青年报
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而后经过多次争论和多方论证,南仁东和彭勃的同门师兄,天文学家吴盛殷计算出,在中国建设一个约500米口径的射电望远镜最合适,既能超越已有设备,又现实可行。大家便统一想法,将SKA的梦想,嫁接到现如今的FAST身上。

于是一群对探索终极问题有热忱的人开始创业。

为了解决望远镜的支撑问题,他们需要找到一个天然的“大坑”,让望远镜像一口锅一样“坐”在里面;为了解决电磁波信号接收机,即馈源舱的移动问题,他们需要设计一个可靠又省钱的机械结构;为了让望远镜能够在最大范围内灵活追踪天上的目标,他们需要望远镜反射面能动——正是这些挑战,逼出了FAST的三大技术创新。

梦想裹挟着创新的风险一步一步把时间的坐标推到今天。他们成功了,FAST成为世界上最灵敏的射电望远镜。

不过FAST工程团队名单上前三位中,南仁东和吴盛殷已去世,当年算得上是年轻人的彭勃也戴上了老花镜。

彭勃记得他早年作为留学生代表接受德国电视节目采访时说:“中国也要在望远镜灵敏度发展曲线坐标图里点个点!” 朋友听了这话私下跟他说:“你敢在德国吹牛。要点个点,就必须做第一,当世界老大。”

“当老大就当老大!” 他回答说。从FAST的想法成形,到今天成为全球最灵敏的宇宙“淘金”设备,过去了20年,尽管时间长了些,但彭勃并没有吹牛。

“那个造望远镜的过程就像怀孕。” 准备收工的李志恒告诉记者,他回头看了一眼总控室的监测屏幕,接着说:“我们现在调试的过程,相当于要把这个孩子养育成才。”

时间来到2018年,更年轻的人们继续探寻终极问题的答案。

无先例可循

FAST调试组正式成立于2017年4月,成员数10人,80后岳友岭是调试组的负责人之一。调试组成员大多是FAST团队中的第二代和第三代人,也是现在的中坚力量。

当年FAST令人骄傲的三项自主创新延伸至今,便意味着调试工作在国际上“无先例可循”。这些平均年龄30多岁的科学家和工程师,正小心翼翼地为射电天文观测开辟一种新的、中国的解决方案。

“简单来说,FAST相当于人类感官的延伸。”总控室里的计算机集群嗡嗡作响,晚上11点多,李志恒继续搜肠刮肚地打比方。

我们的感官无法识别和处理宇宙中的天体传来的电磁波信号,FAST的运行系统就充当了媒介的角色,它将信号收集、处理、再翻译成人类能理解的形式。

但中间这个转换的过程非常复杂。拿观测脉冲星来说,天体呈周期性发射的微弱的电磁波射向地球,有一部分落在FAST的反射面上,反射面将这种电信号汇聚到馈源舱接收机处,接收机将电信号转换成光信号,通过光缆将光信号传回总控室,再把光信号转换回电信号,进而转换成数字信号,计算机集群就根据事先设定好的程序将这些数字信号储存、计算,最终结合科学家的分析,识别出能够代表脉冲星的一串特殊的信息。

由于FAST的技术路线新颖,以上每两个逗号之间,都有难以计数的问题等着调试人员去解决。

岳友岭告诉中国青年报·中青在线记者:“截至去年年底,望远镜的功能性调试任务都已经完成,此后一直在调试性能。望远镜性能的提升,就是精度的提高。”

所以他们现在的日常工作是白天“抠精度”,晚上试观测。

远看FAST就像一口直径500米的大锅,“锅沿儿”上伫立着6个百米高塔,每个塔伸出一条钢索,6根钢索提着一个形状不规则的白色舱室移动,舱室的下方是由4450块三角形面板拼成的“锅面”,而“锅底”还有数千根钢索织成的索网,用来支撑这口“大锅”和牵引“锅面”运动。

让这个庞大的装置达到豪米级精度殊为不易。“抠精度”的过程,可谓险、难、繁、重。大家经常卡在某个问题上,“一卡就是一两个月”。

例如,FAST主动反射面的面板与面板之间有2225个节点,柔性钢索拉动节点位置运动以带动面板运动,形成不同的抛物面,以达到反射面能够“跟踪”的效果。每根钢索靠插在大窝凼草丛中的液压杆促动器驱动。工程师张志伟就管理着这2225个促动器。调试以来,“通信延迟”、下雨、大雾、鼠蚁作乱等状况频频发生,为了让反射面面板“听话”,张志伟他们在一年多的时间里设计出了上千套参数,以应对各种反射面变形需求。现在反射面节点的理论位置和实际位置误差被控制在了5毫米以内。

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500米口径球面射电望远镜FAST反射面上的测量靶标。FAST摄影团队提供

编辑:周佳佳

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关键词:“天眼”FAST 调试

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