文/吳越
2017年9月15日,72歲的南仁東在美國治療肺癌時去世,讓科學界深感震痛。之所以如此,就是南仁東不僅是科學家,而且絕非一般科學家。他是我國著名的天文學家,是國家重大科技基礎設施建設項目——500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)工程首席科學家。從這個意義說,他更是大工程家。南仁東的不幸逝世,乃巨星隕落,使我國天文學界失去一位泰斗。
富有傳奇的人生
出生于1945年南仁東,有著頗富傳奇人生的色彩。他經(jīng)歷“文革”動亂,從清華大學電子工程系畢業(yè)后,在東北的一個無線電廠一干就是十年。改革開放后,他代表中國天文臺的專家曾在國外著名大學當過客座教授,做過訪問學者,還參加過十國大射電望遠鏡計劃。
南仁東是1963年吉林省的高考理科狀元,考入清華大學無線電系,“文革”之后,在北京天文臺讀天體物理的研究生。
南仁東是一個愛好藝術和哲學的科學家,尤其喜歡畫畫,在日本國立天文臺訪學期間,創(chuàng)作了一幅油畫《富士山》,至今仍掛在該校教學樓的大廳里。據(jù)FAST工程副經(jīng)理張蜀新回憶:“有一次我問他,為什么反射面周圍的六座百米支撐塔要等間距排布,打亂排不是能減少很多工作量嗎?結果他就一句話,‘那樣不好看’。別看他忙,但做PPT特別講究,有一次開完會其他單位的人問我,你們是請專人幫忙設計PPT嗎,怎么版式那么好看?其實都是南老自己做的。”
FAST工程調(diào)試組組長姜鵬回憶說,他來天文臺面試的時候,并不知道南仁東是誰,“只是感覺到他強大的氣場,一看就是‘頭兒’,甚至有點像‘土匪頭兒’”。從上世紀90年代開始籌劃FAST項目時,南仁東就一直留著一撮小胡子,過了20多年,頭發(fā)和小胡子都已變得花白。在工地上他隨意地穿著大汗衫,鼻梁上架著近視鏡,后來改成老花鏡,回北京又變回了時髦老人,有時候回到校園給研究生上課,他會穿花襯衫和牛仔褲,有一次還穿了條很潮的皮褲。出國參加學術會議也很注重形象,要帶一箱子衣服去。
“因為喜歡藝術,他和一般科學家不太一樣,想法不受拘束,很有想象力,經(jīng)常會冒出很多創(chuàng)新點出來。”FAST工程接收機與終端系統(tǒng)高級工程師甘恒謙如是說。也許正是因為南仁東喜歡藝術,讓他和一般科學家不太一樣,想法不受拘束,很有想象力,經(jīng)常會冒出很多創(chuàng)新點出來。也許正是他富有傳奇人生的經(jīng)歷,最終使他成為一個頂級天文學家。
23年堅守一個夢
“南老師20多年只做了這一件事。”南仁東的同事和學生們?nèi)绱嗽u價。為了FAST工程,南仁東曾舍棄在國內(nèi)一年工資等于國外一天的高薪回國,赤子情懷躍然人前。
南仁東的同行老友清楚地記得,24年前的1993年,在日本東京召開的國際無線電科學聯(lián)盟大會上,科學家們提出,在全球電波環(huán)境繼續(xù)惡化之前,建造新一代射電望遠鏡,接收更多來自外太空的訊息。南仁東跟同事說:“咱們也建一個吧。”當時,沒有多少人看好他的這個設想。能不能找到合適的地方?施工難度能不能克服?這些都是未知數(shù)。南仁東帶著300多幅衛(wèi)星遙感圖,跋涉在中國西南的大山里。他要尋找當?shù)氐母C凼——幾百米的山谷被四面的山體圍繞,正好擋住外面的電磁波。
有的荒山野嶺連條小路也沒有,當?shù)剞r(nóng)民走著都費勁。但訪山歸來,南仁東心里有了底,正式提出利用喀斯特洼地建設射電望遠鏡的設想。但能不能籌到足夠資金,南仁東心里卻沒底。有那么幾年時間,南仁東成了一名“推銷員”,大會小會、中國外國,逢人就推銷自己的大望遠鏡項目。“我開始拍全世界的馬屁,讓全世界來支持我們。”他一度這樣自嘲。
每一步都關乎項目的成敗,他的付出有時甚至讓學生們覺得“太過努力了”。連夜要趕項目材料,課題組幾個人就擠在南仁東的辦公室,逐字逐句推敲,經(jīng)常干到凌晨。FAST項目副總工程師李菂說:“南老師的執(zhí)著和直率最讓我佩服。擔起首席科學家和總工程師各種職責,推動了世界獨一無二的項目。”
度過了舉步維艱的最初10年,F(xiàn)AST項目漸漸有了名氣,跟各大院校合作的技術也有了突破性進展。2006年,立項建議書最終提交。通過最后的國際評審時,專家委員會主席沖上前緊緊握住南仁東的手:“You did it(你做成了)!”
在FAST現(xiàn)場,令人能由衷感受到“宏大”兩個字的含義。而在10多年前,這樣的圖景在南仁東的腦海里就已經(jīng)成型。他要做的,是把腦海里成型的圖景變化為現(xiàn)實。工程建設過程中要做鎖網(wǎng)變形,既要受力,又要變形,在工業(yè)界沒有什么現(xiàn)成技術可以依賴。國家標準是10萬次伸縮,而FAST需要200萬次的伸縮,南仁東自己提出的特殊工藝支撐起FAST的外形。
“天眼工程”成現(xiàn)實
23年磨一劍,南仁東最終讓“天眼工程’成為現(xiàn)實。
在技術層面,數(shù)千塊單元組成的球面主動反射面技術是由南仁東主導的FAST最大創(chuàng)新點之一。主動反射面技術在以往的射電望遠鏡中雖已有應用,但都用在小范圍的改變上,目的是通過改變單元反射面的位置來保持整個反射面的拋面形狀,而FAST的反射面要進行大范圍的運動,每一個單元反射面的作用是要將球面改成拋物面,通過主動的變形實現(xiàn)對天體跟蹤式的觀測。而要實現(xiàn)這種跟蹤觀測,對反射面上空的饋源艙定位精度要求很高。目前規(guī)模世界第二的美國阿雷西博射電望遠鏡球面口徑為305米,由100米高的三座鐵塔支撐著一個重達500噸的三角形平臺和可移動饋源臂,以及下方懸掛著的重75噸的圓屋組成饋源艙,專業(yè)人士都知道,305米口徑的望遠鏡,這個平臺的長度大概在百米量級,如果我們500米口徑的望遠鏡仍然采用這種結構,平臺長度至少要達到250米,這個不太現(xiàn)實。
據(jù)FAST工程接收機與終端系統(tǒng)高級工程師甘恒謙介紹,F(xiàn)AST的饋源艙使用了名為“輕型索拖動饋源支撐系統(tǒng)”的新設計方案,由六座支撐塔吊起六根鋼索,通過索長度的收放,調(diào)節(jié)饋源接收機與發(fā)生形變的反射面之間的相對位置關系,實現(xiàn)高精度定位。FAST的饋源艙平臺重量僅為30噸,移動起來非常靈活,與德國波恩100米望遠鏡相比,F(xiàn)AST的靈敏度提高約10倍,與阿雷西博望遠鏡相比,其綜合性能也提高了10倍。
與傳統(tǒng)射電望遠鏡采用獨立分塊反射面單元技術不同,F(xiàn)AST主動反射面的主要支撐結構采用了創(chuàng)新性的索網(wǎng)技術,2002年FAST技術年會上,南仁東第一次正式提出這個概念。當時有人問他說:“南老師,原來的技術應用很成熟了,為什么要改?南仁東回答說:“很簡單,因為省錢。”
在工程建設前期,每項重大的工程進展,他都要親自到工地部署。一套繡著“南仁東”三個字的工作服威嚴地穿在身上。他所構思的FAST,一個500米直徑的球面射電望遠鏡要在鋼索的牽拉下形成350米的瞬間拋物面變換角度。為這項創(chuàng)新,南仁東帶著他的團隊鼓搗了十多個年頭。當高塔豎立起來后,每一次到工地,他總要莊嚴地攀登上塔頂,他那一步一步向上攀登的身影,似乎在昭示:這一代的科學家,應該為中國未來的騰飛做好準備……
術業(yè)有專攻,在FAST項目里,有人不懂天文,有人不懂力學,有人不懂金屬工藝,有人不會畫圖,有人不懂無線電。這幾樣能懂一兩個就算不錯了,但偏偏南仁東幾乎都懂。
2016年9月25日,F(xiàn)AST竣工進入試調(diào)試階段。利用這一世界最大的單口徑球面射電望遠鏡,人類可以觀測脈沖星、中性氫、黑洞等等這些宇宙形成時期的信息,探索宇宙起源。
如今,南老雖然走了,他把全部的情和愛揮灑給了“中國天眼”——世界最大口徑的射電望遠鏡FAST。就在南老去世的前一個月,中國科學院公布了2017年中科院院士初步候選人名單,72歲的南仁東榜上有名,成為此次增選中年齡最大的候選人。從某種程度說,南仁東成就了頂級的FAST,同時,偉大的FAST也成就了他。
(本文系基礎工程網(wǎng)原創(chuàng)作品,轉載請注明出處!)
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