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南仁东:一个望穿天际的大工程家和大科学家

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-13  浏览次数:166
核心提示:                                                   文/吴越  2017年9
                                                   文/吴越

 
  2017年9月15日,72岁的南仁东在美国治疗肺癌时去世,让科学界深感震痛。之所以如此,就是南仁东不仅是科学家,而且绝非一般科学家。他是我国著名的天文学家,是国家重大科技基础设施建设项目——500米口径球面射电望远镜(FAST)工程首席科学家。从这个意义说,他更是大工程家。南仁东的不幸逝世,乃巨星陨落,使我国天文学界失去一位泰斗。

 
  富有传奇的人生
  出生于1945年南仁东,有着颇富传奇人生的色彩。他经历“文革”动乱,从清华大学电子工程系毕业后,在东北的一个无线电厂一干就是十年。改革开放后,他代表中国天文台的专家曾在国外著名大学当过客座教授,做过访问学者,还参加过十国大射电望远镜计划。
  南仁东是1963年吉林省的高考理科状元,考入清华大学无线电系,“文革”之后,在北京天文台读天体物理的研究生。
  南仁东是一个爱好艺术和哲学的科学家,尤其喜欢画画,在日本国立天文台访学期间,创作了一幅油画《富士山》,至今仍挂在该校教学楼的大厅里。据FAST工程副经理张蜀新回忆:“有一次我问他,为什么反射面周围的六座百米支撑塔要等间距排布,打乱排不是能减少很多工作量吗?结果他就一句话,‘那样不好看’。别看他忙,但做PPT特别讲究,有一次开完会其他单位的人问我,你们是请专人帮忙设计PPT吗,怎么版式那么好看?其实都是南老自己做的。”
  FAST工程调试组组长姜鹏回忆说,他来天文台面试的时候,并不知道南仁东是谁,“只是感觉到他强大的气场,一看就是‘头儿’,甚至有点像‘土匪头儿’”。从上世纪90年代开始筹划FAST项目时,南仁东就一直留着一撮小胡子,过了20多年,头发和小胡子都已变得花白。在工地上他随意地穿着大汗衫,鼻梁上架着近视镜,后来改成老花镜,回北京又变回了时髦老人,有时候回到校园给研究生上课,他会穿花衬衫和牛仔裤,有一次还穿了条很潮的皮裤。出国参加学术会议也很注重形象,要带一箱子衣服去。
  “因为喜欢艺术,他和一般科学家不太一样,想法不受拘束,很有想象力,经常会冒出很多创新点出来。”FAST工程接收机与终端系统高级工程师甘恒谦如是说。也许正是因为南仁东喜欢艺术,让他和一般科学家不太一样,想法不受拘束,很有想象力,经常会冒出很多创新点出来。也许正是他富有传奇人生的经历,最终使他成为一个顶级天文学家。

 
  23年坚守一个梦
  “南老师20多年只做了这一件事。”南仁东的同事和学生们如此评价。为了FAST工程,南仁东曾舍弃在国内一年工资等于国外一天的高薪回国,赤子情怀跃然人前。
  南仁东的同行老友清楚地记得,24年前的1993年,在日本东京召开的国际无线电科学联盟大会上,科学家们提出,在全球电波环境继续恶化之前,建造新一代射电望远镜,接收更多来自外太空的讯息。南仁东跟同事说:“咱们也建一个吧。”当时,没有多少人看好他的这个设想。能不能找到合适的地方?施工难度能不能克服?这些都是未知数。南仁东带着300多幅卫星遥感图,跋涉在中国西南的大山里。他要寻找当地的窝凼——几百米的山谷被四面的山体围绕,正好挡住外面的电磁波。
  有的荒山野岭连条小路也没有,当地农民走着都费劲。但访山归来,南仁东心里有了底,正式提出利用喀斯特洼地建设射电望远镜的设想。但能不能筹到足够资金,南仁东心里却没底。有那么几年时间,南仁东成了一名“推销员”,大会小会、中国外国,逢人就推销自己的大望远镜项目。“我开始拍全世界的马屁,让全世界来支持我们。”他一度这样自嘲。
  每一步都关乎项目的成败,他的付出有时甚至让学生们觉得“太过努力了”。连夜要赶项目材料,课题组几个人就挤在南仁东的办公室,逐字逐句推敲,经常干到凌晨。FAST项目副总工程师李菂说:“南老师的执著和直率最让我佩服。担起首席科学家和总工程师各种职责,推动了世界独一无二的项目。”
  度过了举步维艰的最初10年,FAST项目渐渐有了名气,跟各大院校合作的技术也有了突破性进展。2006年,立项建议书最终提交。通过最后的国际评审时,专家委员会主席冲上前紧紧握住南仁东的手:“You did it(你做成了)!”
  在FAST现场,令人能由衷感受到“宏大”两个字的含义。而在10多年前,这样的图景在南仁东的脑海里就已经成型。他要做的,是把脑海里成型的图景变化为现实。工程建设过程中要做锁网变形,既要受力,又要变形,在工业界没有什么现成技术可以依赖。国家标准是10万次伸缩,而FAST需要200万次的伸缩,南仁东自己提出的特殊工艺支撑起FAST的外形。

 
  “天眼工程”成现实
  23年磨一剑,南仁东最终让“天眼工程’成为现实。
  在技术层面,数千块单元组成的球面主动反射面技术是由南仁东主导的FAST最大创新点之一。主动反射面技术在以往的射电望远镜中虽已有应用,但都用在小范围的改变上,目的是通过改变单元反射面的位置来保持整个反射面的抛面形状,而FAST的反射面要进行大范围的运动,每一个单元反射面的作用是要将球面改成抛物面,通过主动的变形实现对天体跟踪式的观测。而要实现这种跟踪观测,对反射面上空的馈源舱定位精度要求很高。目前规模世界第二的美国阿雷西博射电望远镜球面口径为305米,由100米高的三座铁塔支撑着一个重达500吨的三角形平台和可移动馈源臂,以及下方悬挂着的重75吨的圆屋组成馈源舱,专业人士都知道,305米口径的望远镜,这个平台的长度大概在百米量级,如果我们500米口径的望远镜仍然采用这种结构,平台长度至少要达到250米,这个不太现实。
  据FAST工程接收机与终端系统高级工程师甘恒谦介绍,FAST的馈源舱使用了名为“轻型索拖动馈源支撑系统”的新设计方案,由六座支撑塔吊起六根钢索,通过索长度的收放,调节馈源接收机与发生形变的反射面之间的相对位置关系,实现高精度定位。FAST的馈源舱平台重量仅为30吨,移动起来非常灵活,与德国波恩100米望远镜相比,FAST的灵敏度提高约10倍,与阿雷西博望远镜相比,其综合性能也提高了10倍。
  与传统射电望远镜采用独立分块反射面单元技术不同,FAST主动反射面的主要支撑结构采用了创新性的索网技术,2002年FAST技术年会上,南仁东第一次正式提出这个概念。当时有人问他说:“南老师,原来的技术应用很成熟了,为什么要改?南仁东回答说:“很简单,因为省钱。”
  在工程建设前期,每项重大的工程进展,他都要亲自到工地部署。一套绣着“南仁东”三个字的工作服威严地穿在身上。他所构思的FAST,一个500米直径的球面射电望远镜要在钢索的牵拉下形成350米的瞬间抛物面变换角度。为这项创新,南仁东带着他的团队鼓捣了十多个年头。当高塔竖立起来后,每一次到工地,他总要庄严地攀登上塔顶,他那一步一步向上攀登的身影,似乎在昭示:这一代的科学家,应该为中国未来的腾飞做好准备……
  术业有专攻,在FAST项目里,有人不懂天文,有人不懂力学,有人不懂金属工艺,有人不会画图,有人不懂无线电。这几样能懂一两个就算不错了,但偏偏南仁东几乎都懂。
  2016年9月25日,FAST竣工进入试调试阶段。利用这一世界最大的单口径球面射电望远镜,人类可以观测脉冲星、中性氢、黑洞等等这些宇宙形成时期的信息,探索宇宙起源。
  如今,南老虽然走了,他把全部的情和爱挥洒给了“中国天眼”——世界最大口径的射电望远镜FAST。就在南老去世的前一个月,中国科学院公布了2017年中科院院士初步候选人名单,72岁的南仁东榜上有名,成为此次增选中年龄最大的候选人。从某种程度说,南仁东成就了顶级的FAST,同时,伟大的FAST也成就了他。
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