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太行风|“天眼”之眼(报告文学)

2019-12-13 05:56:20 来源:河北新闻网
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建设完成的“中国天眼”在阳光下熠熠生辉。

“中国天眼”,探及137亿光年之外。天文学家说,那是宇宙边缘。

为之鞠躬尽瘁的中国天文学家南仁东教授——“天眼之父”,在收获的日子里走了,化为星辰,栖身浩渺星空。

而位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇西南20公里处的“中国天眼”,此刻,目光如炬,巡望苍穹。

中国人开始发现脉冲星了!之前,一直在租用国外射电望远镜。“天眼”一开,脉冲星已发现80多颗(至2019年6月)。从此,“天眼”履行着它的使命,研究“一黑(黑洞)二暗(暗物质)三起源(宇宙起源)”,进行伟大的天文探索。

“天眼”工程包括五大系统,一是台址系统;二是反射面系统,那个相当于30个足球场的天线巨锅;三是馈源支撑系统,由钢索拖动30吨重的金属箱体悬空摇移;四是测控系统;五是接收机系统。其中,第二项、第三项是由中国电子科技集团公司第五十四研究所(以下简称“五十四所”)项目团队研制完成。

“中国天眼”,工程浩大,工序繁琐,难点极多,在每一个细节里,都凝聚着项目团队的智慧和辛劳。

馈源舱,同样如此。

悬空摇移的金属箱体,就是馈源舱,明亮的瞳仁——“天眼”之眼!

李建军在现场指导馈源舱调试工作。

2011年9月上旬的一天。华北大平原,秋色浓郁,庄稼透着沉实的绿意。石家庄至北京的城际特快列车上,李建军望着窗外即将丰收的田野,一身轻松。

前不久,由他负责的上海天文台65米射电望远镜副反射面调整系统已告竣工,完成调试。担任五十四所天伺部研究室主任的他,年届不惑就参与被业界誉为“亚洲第一”的天文工程,自然意气风发,踌躇满志。

因以上资历,他接到通知,代表所里到国家天文台,参加一个科学评审会,事关“中国天眼”。他不曾想到,从此刻起,他开始了与“中国天眼”工程的不解之缘。

评审会上,主席台正中一位戴眼镜的科学家,思维敏捷,提问精准犀利,让李建军暗自钦佩。此人就是南仁东。

此前,“馈源舱”这个词,对于李建军是陌生的。听了一会儿,他才渐渐明白,哦,今天的主题,就是那个要悬挂在巨锅上的金属舱体。但他以前研制的都是全可动望远镜,与“天眼”,完全不同。

一旦涉及相关领域的话题,李建军就会凝精聚气,静心倾听。此时,他眼睛发亮,望着清华大学研发的馈源舱原理模型,敏锐地思考着。

同国内众多专家相比,李建军资历尚浅,发言排在最后一个。但只有他,刚从上海的射电望远镜工程现场回来,许多调试过程中克服技术难关的情景,还历历在目。

终于轮到李建军发言了。谁都没料到,这个年轻的评委,一语既出,四座皆惊。

“馈源舱内,六杆机器人别了腿,怎么办?”“馈源舱断电或维修,‘六杆儿’怎样快速回零?”……

“六杆儿”,科技界的俗称,实际上就是六足并联机器人,如可爱的七星瓢虫,行动灵活自如。早在上世纪80年代,我国就已开始有关“六杆儿”的理论研究,成果应用于精密机床领域。

李建军在上海的工程中也用上了“六杆儿”,首次将这项技术从精密机床拓展到国家重大科技装备上。

“天眼”的“六杆儿”,日夜悬挂,风疏雨骤,摇摆晃动,怎样才能做到动中求静,闲庭信步呢?一个不得不考虑的工程难题,又是一个模糊数学和仿生学的科学难题。如果没有切身体会,谁也不会想到这些细节。

南仁东教授听罢,眼里闪着赞赏的光芒。

茶叙时间,一位“天眼”项目负责人带着笑意对李建军说,南仁东教授问你,有没有兴趣听听明天的会。

明天,就是馈源舱系统承制单位遴选会,全国共10家单位参选。

看来,南教授对李建军的提问产生了浓厚的兴趣。与南教授严厉的目光相遇时,他确乎捕捉到了一种只有科学家才有的信任。这信任,关乎学术品格,彼此意会,相互印证。

馈源舱,他确实从未接触过。但机会千载难逢,“天眼”作为国家重大科学工程,如能深度参与,意义非凡。

面对着询问的目光,李建军真诚地回答,有!

随后,他掏出手机,把情况向领导做了汇报。

翌日上午,咖啡飘香的休息大厅。10进5遴选会开到一半,5家单位汇报完毕。这时,南仁东教授端着咖啡走向李建军。

南教授的眼镜反射着大厅温和的灯光,既亲切,又陌生。他严峻而有棱角的脸部,在走近时突然松弛了,微笑着问,有意向参与接下来的遴选吗?

对于李建军,这样的邀请,无疑又是一个惊人的好消息。与单位领导略作商量后,爽快答应。五十四所幸运地成为第11个馈源舱系统承制遴选单位。

11进5,5进2,2选1,参与和等待的时间,既繁琐,又漫长。经过国家天文台审慎地筛选,严格地考察,逐次淘汰,结果终于出来了。

2012年4月的一天,正在忙碌的李建军突然接到电话——“经研究决定,馈源舱系统由你们负责研制施工。”

李建军正式组建项目团队。

“天眼”之眼,要点睛,擦亮,大放光明。

技术工人在装配好的馈源舱体上进行作业。

作为馈源舱框架结构负责人,毕业于哈尔滨工程大学的硕士贾彦辉拿到技术指标才知道,馈源舱30吨,是一个硬指标,不能多,也不能少。但是,经他仔细优化后测算,所有的舱体和内置器材,加起来得50多吨。

啧啧!多出的20吨重量,何处安放?20吨的减重,所有效能不变,让他感到了从未有过的巨大压力。

压力不能压垮自己,就将它转变成内生动力吧。

自此,五十四所的大院里,留下贾彦辉匆匆掠过的身影。数据如海,图幅如云。他喜欢电脑前的感觉,尽管毫无头绪,但他知道,看似没有方向的每一次掘进,即使失败了,也是向着曙光前进了一步。

打破固定思维是创新发展的关键。为什么不能改变舱体外形和内部器件的布局呢?贾彦辉如醍醐灌顶,他马上去找李建军谈想法。李建军对这个大胆的想法很赞赏,突破框框,挣脱束缚,这才是一个年轻人的锐气所在。

李建军略作沉思,向南仁东请示。答复是:只要保证科学指标,保证接口尺寸,其他可以突破!

贾彦辉长出一口气,走出了困惑。这就等于说,“天眼”之眼,馈源舱长什么样,就出自他的眼里,心里,手里。

样机改了10多次,文件夹建了10多个,大思路调整过无数次。

2014年元旦,他没有休息。馈源舱体的设计将近一年,图纸都一尺高了。他一如既往地来到电脑桌前,尝试着修改图形。忽然,他发现,类三角形,接近30吨指标。

贾彦辉心头一动,赶紧组织测算、验证。一旦突破,势如破竹。验证结果,符合要求。这个苦苦寻觅的类三角形啊,像三角形,又不是三角形,就像一片叶子的形状吧,带着美丽的弧度和动感的张力。

馈源舱体,就这样设计出来了。

贾彦辉关于馈源舱的科技成果有一个学名——大空间桁架结构优化设计。

五十四所大院,在贾彦辉研究试验的同时,另一个项目小组也在争分夺秒地行动。

他们要解决的,不仅是“六杆儿”的“别腿”和“回零”,而是一整套柔性控制策略。

项目由五十四所付强研究员带队,段艳宾、窦玉涛两位博士进行一线研发。

段艳宾博士白净,略胖,健谈并且喜欢微笑;窦玉涛博士黝黑,壮硕,言语不多,同样喜欢微笑。

这一对博士师兄弟,先后毕业于燕山大学,来到五十四所。加入“天眼”馈源舱研发团队后,他们一度自信十足,豪情满怀。

很快,他们高涨的情绪冷却下来。

160dB的屏蔽指标,远远高出了国家标准。目前国际最高指标才120dB,解决了,就是世界第一。

160dB,什么概念呢?就是馈源舱内的电子设备辐射的电磁波,通过技术手段,衰减到一亿分之一,电磁环境非常纯净。“天眼”现场方圆5公里以内,如果有人用手机打电话,就会把馈源接收机元件烧掉。此外,如果某个元件发生电磁泄漏,哪怕是最细微的一丝一缕,哪怕是最短暂的一瞬,系统有可能会误认为是来自光年之外的神秘信号。

失之毫厘,谬以千里。

面对这个充满挑战的世界级难题,两位年轻的博士经过半年多的联合仿真,初见眉目。

很快,2015年春天到了。

团队领导商量后果断决定,按10∶1比例,上样机!在五十四所厂区,给两位博士留出车间,模拟环境,开始实验。

车间非常空旷,5000平方米。

半实物仿真样机送来了,被六根仿真钢索悬吊起来。类三角形的馈源舱体泛着美丽的瓷光,带着漂亮的弧线,体态优雅,款款动人;“六杆儿”等复杂器材内置完成,让人感到一种冲动,未来的“天眼”之眼,放大10倍,就是这样!

在付强的指导下,两位博士负责具体的调试工作。

李建军约上馈源舱项目副总王宇哲,来到车间。他抚摸着温润的舱体,凝视着两位博士。

“样机来了,车间有了,现场也模拟了,小伙子们,接下来,就看你们的了,有没有信心?”

“有!”两位博士微笑回答。

车间空旷,甚至还有点寂寞。他们把电脑放在集装箱搭建的控制室里,反复调试,寻找着那一组隐藏在万千数据中的参数,通往成功的控制参数。

石家庄的夏天,燥热。

车间内,一台功率很大的电风扇,不停制造人工风,让馈源舱摇动起来,模拟大山的风扰。热极了,他们就在大电扇边缘站一会儿,把汗吹干了再回电脑边。

石家庄的冬天,三九时节,车间内没有暖气,小小电暖风吹出可怜的一点热风,很快就消散了,和外面一样寒冷。实在冷极了,两人就在空旷的车间里来回小跑几步,跺跺脚驱寒。然后,再回到电脑前。

数据在随时变化,一遍又一遍实验,循环往复,失败重来。

繁琐,令人愈加缜密;磨砺,令人愈益博大。作为中国科学工程的年轻栋梁,他们在成长,在成熟。

终于,经过无数次失败和重复,电磁屏蔽完成,光纤、电缆、氦管、风道完全达到屏蔽指标。

“天眼”之眼,没有一丝电磁杂尘,纯净而明亮。

在不同气候的模拟环境里,两位博士同时还在研究解决“六杆儿”控制策略。

单是规避“别腿”,就有大量的仿真、计算。在全工作空间,各种可能的位置姿态,数以万计的排列组合中,揪出可能存在的每一个“别腿”数据,再通过修改软件,加以规避。任何一个漏网之鱼都有可能给“天眼”带来灾难性后果。

再说“回零”。系统断电或者设备故障会造成“六杆儿”数据丢失,快速“回零”。事关“天眼”观测效率,为解决“回零”问题,两位博士绞尽脑汁。

经过大量的技术研究、查文献资料、跑市场调研、作模拟仿真、建试验平台……功夫不负有心人,两位博士终于提出了正解的可行办法:在“六杆儿”的末端,设置多圈绝对值编码器,可实时得到“六杆儿”每一条腿的长度。这样,通过外部测量,获得接收机的实际位置和姿态,结合精密的数学模型及前期的标校数据,推算出馈源舱的当前整体位姿。

无论风雨雷电,天摇地晃,“六杆儿”都能快速响应,稳定,准确。

理论复杂难懂,但科学的本质,又那样简洁而令人愉悦。

打个比方,人蒙上双眼,只给一根拐棍,走在晃动的地上,让你准确找到目标。他们的方案,就是通过腿和拐棍位置姿态,不停地算定方位,给出指令,达到“心明眼亮”的效果。

李建军与付强研究了两位博士的方案,认为方向对头,可以继续,关键是拿出一套控制策略,一套作为操作规程和科学规律的策略。

或者这样表述,有了这套策略,“天眼”之眼,灼灼瞳仁,才会运行自由,灵动有神。

2016年2月,在春寒料峭的大车间里,两位博士从计算机操控软件上发现了一组动态数据。这组数据,像一只只排列有序的小天鹅,在湛蓝的湖面上翩翩起舞,舞姿优美,韵律和谐,节奏清晰。

两人即刻进行测算,一遍,两遍,三遍,馈源舱的位姿控制在6毫米、正负0.1度以内。

成功了!也就是说,无论风霜雷电,还是风和日丽,馈源舱实现了运动中的柔性控制。

这套“控制策略”,放眼世界,独一无二。

馈源舱构架完成后,王宇哲带领施工团队来到“天眼”现场。

“天眼”现场,与段艳宾、窦玉涛他们的模拟环境大不相同。

在贵州省黔南布依族苗族自治州苍郁幽深的大山里,到了夏季,潮湿闷热,T恤衫一着汗,一整天基本不干;在山野里,蚊虫铺天盖地地袭来,将施工的工人包围。冬天,与北方气候不同,阴沉湿冷。拼装焊接,搬运装卸,都要穿羽绒服或军大衣。悬空作业,有时连手套都不能戴,顶着寒风,迎着雪花,脸冻得生疼,手背都冻裂了。

“天眼”工程施工时,公路还没有修好。距离施工现场最近的克度镇,也有20公里山路,要去就得步行。即使休息,也很少有人出山。除了春节倒班,工人们一年回不了家。

恶劣天气和艰苦的环境,让许多工人产生了退缩情绪。王宇哲便悉心抚慰,想尽办法解决生活上的困难,排解忧虑不安,鼓足干劲。第二天工人们便又照常上工,照常拼命干活。

工人们似乎都是乐天派,他们常常自嘲:交通基本靠走,通讯基本靠吼,门卫基本靠狗……念完长长一串顺口溜,哈哈一笑了事。

实际上,大伙儿心里都明白,这样劳累受苦,就是为了馈源舱,那是祖国重大工程“天眼”的一部分,值了。

其实,大家都知道王宇哲和工人们的起居条件是一样的,还要操心工装方案、作业流程……

工期收尾越来越近,30吨的馈源舱光内部装建,就有十多个分项目,王宇哲决定,交叉作业,轮流值班。

起初,馈源舱与其他系统各自为战,互不影响。反射面铺到锅底时,空间越来越局促,几乎施展不开腿脚。怎么办?

馈源舱的每个部件,一经完成设计,就纳入生产、运输、安装,数据准确,标准严格,不能有一毫误差。但工期这样紧,人也不能闲着,还是着眼现实,一切从实际出发吧。

急切之中,灵光一现,王宇哲产生一个新想法,先把整体器材现场拆解,然后对部件编号、编组,提供甲方装配流程图,化整为零,搭建6平方米高空作业面,人力搬运,优化装建。

这个突破常规的思路,得到李建军的赞同,很快做出定位工装方案,着手实施。

工程接近尾声,焊接越来越困难,空间小到仅容一个身位。工人们只能仰着头,一手擎着护眼罩,一手举着焊枪,精心焊接。要求达到一级焊缝,不能有任何瑕疵。空气潮热,汗水进了眼睛,酸涩难忍,也得坚持,再坚持,直到完成最后一条焊缝。

……

提前两个月,馈源舱工程胜利收官!

李建军率领的青年团队,历时五年,克服重重困难,完美打造出“天眼”之眼。

2016年9月25日,是一个闪亮的日子,一个值得历史记住的日子。这天,迎来了整个“天眼”工程声势浩大的竣工典礼。

习近平总书记发来贺信指出,天文学是孕育重大原创发现的前沿科学,也是推动科技进步和创新的战略制高点。500米口径球面射电望远镜被誉为“中国天眼”,是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。它的落成启用,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。

一辆大卡车沐着清晨的阳光,从五十四所大门缓缓驶出。

望着卡车渐行渐远,李建军和他的同事们,眼睛湿润,心潮起伏……

车上装满送往国家有关方面的纸质技术资料,一组组数据,一张张图纸,有规程,有方案,成体系。这是五十四所“天眼”工程馈源舱研制团队五年的心血,也是先进技术成果,其意义之深远,远远高于荣誉和奖励本身。它们属于核心知识产权,属于我们伟大的祖国。(田耀斌)

(图片均为资料片,由五十四所“天眼”工程馈源舱研制团队提供)

责任编辑:张云
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