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我国建设的世界最大射电望远镜(500米FAST)专题:投入使用

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ssizz 发表于 2018-6-4 14:04 | 显示全部楼层
(续)
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
  再如,在精度达标的情况下,FAST采集到的数据就成了科学家可靠的分析资料,他们和他们设计的算法一起,在海量数据里搜索脉冲星的身影。但难就难在,尽管世人已知脉冲星可以发出周期性信号,可并不知道这个周期到底是多少,“可能是0.01秒、0.011秒、0.1秒……” 岳友岭说,因此科学家们需要不停地改进算法,去排查各种可能的周期,工作量着实不小。
  岳友岭认为,FAST调试进度很难量化,尽管试观测效果已经超越了现有的其他射电望远镜,但要达到“好用”,还要解决数不清的问题。
  “我们不怕折磨,我们能找出问题出在哪儿,就是需要想办法解决。”调试中遇到的“麻烦”在岳友岭眼里,都可以用“有趣”来形容。
  岳友岭是个爱动手的天文专业博士后,38岁就头发花白,但仍有一双18岁的眼睛,里面写着理想和激情。他不觉得自己苦,“立下汗马功劳的是那些年轻人”。
  我们也挺伟大的
  在调试工作中,岳友岭的角色是站在望远镜硬件调试和搜索脉冲星算法的衔接处,负责确保信号准确无误地从望远镜流入到算法中。
  现在岳友岭隔三岔五从北京跑一次贵州,打扮得像个风尘仆仆的背包客。他就属于那种乐于追求人类终极问题的人。
  他可以耐着性子从FAST讲到脉冲星讲到引力波再讲到黑洞,绕一圈再讲回FAST,连续讲两个小时,只是一谈到自己就支吾不清。你要问他为什么这么喜欢留在FAST孜孜不倦地解决各种“麻烦”,他只能拍着大腿幸福地重复三遍:“我觉得这个事情特别有意思……就是特别有趣!就是……就是……就是你小时候学过的那些事,现在终于可以自己亲手做了!”
  南仁东和彭勃把自己的人生倾注在FAST上20年,岳友岭和张志伟他们也已经干了快10年,在这些“牛人”面前,李志恒觉得自己就像“小蚂蚁”一样微不足道。但他在这项举世瞩目的大工程里,也找到了自己的价值感。
  和李志恒在总控室里的谈话一直进行到夜里12点,话题从“谈技术”转移到“谈人生”和“谈理想”。
  “为什么说自己像蚂蚁?” 记者问。
  “我们做的其实都是很小、很基本的事情。” FAST团队里像李志恒一样做基础工作的人很多,他觉得:“大家就像蚂蚁搬家一样,举起块石头都不知道是谁出的力,但少了谁也不行。”
  趁着喘气的空当,他把写好的工作总结放在邮件里发给了上级。
  “发现脉冲星的时候你兴奋吗?” 记者问。
  “兴奋?是遗憾吧!” 这是他的第一反应。
  “我们探测到第一颗脉冲星候选体时没有立刻跟南老师说,等到被认证了才告诉他,发出的那封邮件他再也没回过。” 李志恒说,“南老师知道这个孩子会走了,会跑了,但没亲眼看到他拿奖。”
  2017年10月10日,中国科学院国家天文台宣布FAST取得首批成果——其探测到的脉冲星候选体中有6颗已通过国际认证,这是中国射电望远镜首次新发现脉冲星。而南仁东逝世于9月15日。
  “不过,也还是会高兴。” 李志恒又想了想说。
  宇宙之浩瀚难以想象。可观测的宇宙中含有1000亿个像银河系这样的星系,而人类所在的银河系中含有1000亿个像太阳一样的恒星。可想而知,这些天体发出的电磁波穿越遥远的时空传到地球上时已十分微弱。射电天文事业从上世纪60年代发展至今,接收到的电磁波都加在一起转换成热量,也烧不热一杯咖啡。
  李志恒觉得,尽管人类的感官没办法直接感知宇宙中如此微弱的信号,“却能凭着自己的一小坨脑花”,想出各种办法去探知宇宙里发生的事情,“有时候想想,我们也挺伟大的”!
  第二天下午,李志恒所说的“蚂蚁”工程师陆续聚到总控室,做当天的观测准备工作,继续以“蚂蚁搬家”的方式,为射电天文科学的发展探索中国解决方案。
  目前,FAST发现的脉冲星已超过15颗,接下来,它将从脉冲星“专业户”转型成多栖“观天利器”。
  最近,“天眼”将“眼珠”升级,安装了新的馈源——目前世界上唯一一台十九波束接收机。这个新装备与原来的单波束接收机相比,不仅可以将FAST的巡天效率提高数倍,还能够实现多科学目标同时观测。
  这意味着,未来不仅在脉冲星,而且在中性氢等天文观测成果中,会产生更多的中国故事。
  中国青年报·中青在线记者 张茜
http://www.chinanews.com/gn/2018/06-04/8529482.shtml
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