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拼出“天眼”看宇宙

2017-06-06 08:12 来源:人民日报 余建斌 李晓辉

  张万才(右三)在工作中。

  “它代表了人类的探索心、好奇心,可以把梦想延伸到遥远的太空。”依托喀斯特地区天坑而建的500米口径球面射电望远镜(FAST)是世界最大单口径射电望远镜。它用了45万块1.1米左右、外形重复性很低的三角形面板,拼出4450块反射面板单元,从而拼接出30个足球场大的弧形反射面,也就是巨碗的碗面,精度却要求达到毫米级。中国电子科技集团公司通信事业部54所高级工程师张万才,是这个大科学工程的反射面单元系统总工艺师、现场总指挥,也是巡天梦想的“拼图师”。

  FAST位于贵州黔南布依族苗族自治州平塘县大窝凼洼地。作为大型射电望远镜,FAST绝不是金属堆砌的“傻大粗”,它是最精密的天文仪器,因此带来了工艺设计上前所未有的挑战,而且这项挑战在全世界都没有任何数据参考和经验借鉴。

  尽管参加过当时亚洲第一、世界第四的上海65米射电望远镜的研制,但当初接到FAST任务时,张万才仍感到有些凝重。

  反射面面板是决定FAST探测威力和探测精度的核心要素。摆在张万才面前的任务,是用45万块三角形面板拼接出30个足球场大的弧形反射面,精度却要达到毫米级。

  庞大的数量,众多的类型,这史无前例的工程也改变了反射面系统技术人员的设计思路。比如,每个面板子单元结构看似非常简单,但根据设计要求,这种单元的平面度要小于1.5毫米。而经过力学分析,这种薄壳型结构,其自身重力变形就达到了1.4毫米,留给制造的变形余量仅为0.1毫米。

  张万才带领团队成员做了大量的铆接实验,经历多次的失败,最终发现如果把面板像橡皮膜一样抻长,不仅很平,而且不变形。在正式生产中,采用这种方式铆接的面板,平面度在1毫米左右,比设计要求还要好。这样,4450个反射面每一个的精度都能得到保证,整个望远镜的灵敏度甚至达到了被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米望远镜的2倍。

  2015年8月17日,成功下线的FAST面板陆续运往贵州进行安装,张万才又随之开始了在贵州现场蹲点的日子。

  FAST施工现场在大山深处,工作间是临时板房,住宿是简易二层工棚,夜里起身,哪怕脚步再轻,都可以惊醒全楼的人。夏天屋里没空调、没电扇,避暑全靠心静。屋里经常可见大如拇指肚的蜘蛛,半夜睡觉时经常感觉有东西在身上爬,张万才也不敢开灯看,只好闭着眼睛心一横,把爬虫扒拉到地上去。

  生活的艰苦并不是最主要的,FAST能否顺利安装才最重要。根据施工总进度要求,FAST反射面单元的拼装速度为每天不少于20件。一块面板单元由100块小面板组成,100块小面板又分成7种,它们的外形非常相似,用眼睛看都是三角形,用尺子也很难测出来,很容易装乱。而一块面板上至少有500套螺栓,要把所有的螺栓都拧紧,同时还要保证拼装的精度,工作量巨大。工人们以前从未做过类似产品,一开始操作生疏,技术状态不稳定,半个月仅仅完成3件。

  “那时候真是压力大。”张万才说。从8月中旬到中秋节,几乎整夜整夜睡不好觉,扒了两口饭就吃不下去了,满脑子里都是怎么能节省时间,怎么能让工人熟练掌握技术,怎么能够减少问题产生,怎么能确保拼装精度?不到一个月时间,他骤减了20多斤。

  从盛夏到严冬,迎来春分和谷雨,张万才在人迹罕至的山窝里度过了300余天,渐渐熟悉了蝉鸣蜂动,听惯了蛙声一片。

  2016年7月3日,FAST迎来最后一块“拼图”,完整呈现出一只直径500米的银灰色巨碗,又像地球上的一只“天眼”,用来捕捉远在百亿光年外的射电信号,看清宇宙深处的奥秘。

(责任编辑:王蔚)

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