FAST工程首席科学家和总工程师：南仁东

大美科学 2019-01-31

　　2016年9月25日FAST落成启用

　　2017年10月10日

　　FAST首次发现脉冲星信号

　　南仁东

　　是FAST的倡导者、设计者和建设者

　　也是FAST工程首席科学家和总工程师

　　FAST的落成启用见证了他

　　“心中有梦、勇敢逐梦、坚毅筑梦”

　　的22年不平凡的历程

　　2018年是改革开放四十周年

　　南仁东荣获“改革先锋”称号

　　“中国天眼”还入选

　　《改革开放四十年大事记》

　　南仁东，著名天文学家，中国科学院国家天文台研究员，FAST工程总工程师兼首席科学家。

　　为了建造一个中国的大型射电望远镜

　　南仁东琢磨了大半辈子，奉献了一生的智慧

　　1963年，南仁东以高考平均98.6分（满分100）的优异成绩夺得“吉林省理科状元”称号，并考入清华大学无线电系。即使和现在那些被标上“天才少年”的年轻科学家比，南仁东当时也毫不逊色。

　　大学时的南仁东

　　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。这位驰骋于国际天文界的科学家，曾得到美国、日本天文界的青睐，却在20世纪90年代中期毅然舍弃高薪，回国就任中国科学院北京天文台副台长。当时他一年的工资，只等于国外一天的工资。

　　南仁东早期照片

　　1993年，日本东京，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。”

　　南仁东参加早期的大窝凼选址（左二）

　　没有多少人看好这个设想。能不能找到合适的地方？施工难度有多大？施工困难能不能克服？这些都是未知数。1994年，南仁东开始为FAST项目选址，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（[dàng]，塘，水坑。）——几百米的山谷被四面的山体围绕，正好挡住外面的电磁波。

　　南仁东带领外国专家和工作人员考察大窝凼，并和当地村民合影留念（翻拍照片，2003年10月摄) 。新华社发

　　FAST选址期间的南仁东

　　为了选址，南仁东当时几乎踏遍了那里的所有洼地。之后，他就带着人在全中国的大山里寻找适合建造望远镜的洼地，最终敲定贵州平塘县这个叫大窝凼的漏斗天坑。

　　看了这幅卫星图，你就能理解当初南仁东老师和团队选址时经历的困难了。从300多个备选洼地中选出30多个进行实地考察，最终选定了“大窝凼”！

　　图源：卫星图

　　初期勘探结束后，南仁东老师又申请为FAST工程立项。

　　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进展。2006年，立项建议书最终提交。

　　从1994年开始选址到最终立项，一共花了12年。

　　2007年，FAST项目终于获得国家批准。2011年，当地村民搬迁完毕，FAST正式动工建设。

　　F500米口径球面射电望远镜(FAST)台址原貌。FAST台址选定在贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县克度镇金科村的大窝凼洼地,直径大约800米。总体位于贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，地势总体上北高南低，区域内碳酸盐岩广泛分布，岩溶峰丘、洼地、落水洞极为发育，地形起伏不平，低山地形。大窝凼洼地的山梁最高为东南侧山头，标高1201m，洼地的最低点标高841m，最大相对高差达360m。洼地地表岩溶洼地发育，地形起伏大，坡度较陡，地貌类型简单，局部山体陡峭，形成陡崖和悬壁。

　　破土动工！图源：国家天文台

　　2012年8月31日，FAST台址开挖现场，南仁东与施工人员交流。图源：国家天文台

　　建造期间的FAST

　　想要建设世界级的大工程，必然会伴随着大的创新，要想有大的创新，必然有大困难。

　　对中国“天眼“FAST来说，最艰难的创新是索网结构。2010年，因为索网的疲劳问题，“天眼”经历了一场灾难性的风险。65岁的南仁东寝食不安，天天在现场与技术人员沟通。他们对买自知名企业的十余根钢索进行疲劳实验，均以失败告终。此时，台址开挖工程已开始，但索网达不到要求，反射面的结构形式就不能确定下来。

　　核心技术买不来，也等不起，唯一的道路，就是自主研发。

　　南仁东和研究团队前后做了十多种方案，往返厂家五六次，经历近百次失败，最终研制出满足要求的钢索结构。

　　他总是说，“人是要做一点事情的。人总得有个面子吧，往办公室一躺，什么也不做，那不是个事。”

　　建造期间的FAST

　　图为世界最大口径球面射电望远镜建设工程实现圈梁顺利合龙。该望远镜口径为500米、占地约30个足球场大小

　　图为工作人员在吊装首块FAST反射面。FAST的反射面由4450块反射面单元组成，总面积约25万平米，用于反射无线电波、供馈源接收机接收，是FAST工程的主线。

　　FAST已经完成索网制造与安装工程和支撑框架建设，正在进行反射面面板拼装。

　　南仁东在大窝凼施工现场（2013年12月31日摄）。图源：中科院国家天文台

　　就这样，像搭积木一样，FAST开始建造了。项目启动后，南仁东老师开始参与到FAST设计建造的每一个环节：支撑框架建设、反射面面板拼装、综合布线工程……每一次，他都要仔细检查施工细节。

　　南仁东与工人们合影。图源：国家天文台

　　作为FAST首席科学家和总工程师，南仁东原本不必事事躬亲，但他孜孜不倦，博闻强识，学习力学、测控、水文、地质、绘画、艺术等知识，谦虚地说自己是“战术型的老工人”。

　　说个小细节吧，在FAST工程安全帽、工作服、馈源舱上，都有一个标志，这是500米口径球面射电望远镜(FAST)工程任务徽章，他的设计者是谁呢？

　　正是南仁东老师！

　　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。

　　系统构成。图源：FAST官网

　　群山之中的FAST工程。

　　大窝凼，一个封闭的山沟，实现了南仁东建设世界一流水平远望深空望远镜的梦想。有这样的科学家，有工地上那样一群可爱的年轻人，不论多少个“中国梦”都会实现！

　　FAST简介

　　1963年，美国科学家在波多黎各修建了阿雷西博射电望远镜(Arecibo Observatory)，直径305米，是当时世界上最大的射电望远镜。射电望远镜接收数亿光年以外的电磁波，这是宇宙真正的语言。

　　中国的FAST镜面直径更大（500米），望远镜的灵敏度是阿雷西博的2.25倍，更为重要的是，FAST覆盖天空的张角为40°，而阿雷西博只有20°。这意味着FAST能够轻松突破阿雷西博望远镜因张角太小所面临的观测天区面积小的限制。

　　从1994年提出建设射电望远镜的概念，到最为艰难的选址，再到攻克技术上的一个又一个难关，与此前著称于世界的两个最大射电望远镜相比：一个是号称“地面最大机器”的德国波恩100米望远镜，另一个是被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米望远镜，FAST的灵敏度比德国波恩100米望远镜提高约10倍，比美国阿雷西博300米望远镜提高约2.25倍，并且在观测时会变换角度，接收更广阔、更微弱的信号。预计在未来10-20年时间里，FAST将一直保持世界领先的水平。