新華社北京9月25日電 被譽(yù)為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。它的落成啟用，對我國在科學(xué)前沿實(shí)現(xiàn)重大原創(chuàng)突破、加快創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展具有重要意義。

上世紀(jì)90年代，科學(xué)家們期望，在電波環(huán)境徹底被破壞之前，真正看一眼初始的宇宙，弄清宇宙結(jié)構(gòu)的形成演化，推動相關(guān)科學(xué)研究的突破，只有大射電望遠(yuǎn)鏡才能幫助人類實(shí)現(xiàn)這一夢想。

在這一背景下，中國天文學(xué)家1994年提出利用貴州的喀斯特洼地建造大射電望遠(yuǎn)鏡，形成了中國“天眼”的最初設(shè)想。

從預(yù)研究到建成歷時(shí)22年，我國老中青三代科技工作者克服了關(guān)鍵技術(shù)無先例可循、關(guān)鍵材料急需攻關(guān)、核心技術(shù)遭遇封鎖等困難，在射電望遠(yuǎn)鏡口徑、靈敏度、分辨率、巡星速度等關(guān)鍵指標(biāo)上全面超越國際先進(jìn)水平。

“20多年前的國家實(shí)力和工業(yè)技術(shù)很難支撐這么大的望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目。今天我們不僅做到世界第一大口徑，獨(dú)創(chuàng)主動反射面技術(shù)，還推動了天線制造、微波電子、并聯(lián)機(jī)器人、大跨度結(jié)構(gòu)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。”從預(yù)研究就開始參與這一工程的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程副經(jīng)理彭勃說。

2010年8月，在“天眼”工程開工前夕，團(tuán)隊(duì)接到哈爾濱工業(yè)大學(xué)傳來消息，前期做的所有索網(wǎng)實(shí)驗(yàn)全都失敗了?！皣鴥?nèi)頂級的應(yīng)用于斜拉橋上的鋼索，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度是200兆帕、抗200萬次彎曲，用在‘天眼’實(shí)驗(yàn)上都斷了?！别佋粗蜗到y(tǒng)總工程師孫才紅說，按設(shè)計(jì)要求，‘天眼’需要強(qiáng)度為500兆帕、抗200萬次彎曲的鋼索，這意味著把材料工藝提高到國標(biāo)的2.5倍。

當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)索網(wǎng)疲勞問題的是剛到天文臺工作不久的博士生姜鵬，他立下“軍令狀”，經(jīng)過一年半的艱苦技術(shù)攻關(guān)，完成了索網(wǎng)變位策略優(yōu)化及疲勞性能評估工作，降低了索網(wǎng)的變位應(yīng)力幅，與柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司合作研制，最終生產(chǎn)出滿足要求的鋼索。

美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的饋源平臺重達(dá)1000噸，幾乎等于用固定軌道把平臺架設(shè)在半空，這樣的設(shè)計(jì)有利于饋源的定位，卻縮小了觀測角度。

國家天文臺副臺長鄭曉年說，中國“天眼”采取了輕型索支撐饋源平臺方案，把饋源艙減重到30噸，覆蓋天頂角是美國望遠(yuǎn)鏡的兩倍，并通過并聯(lián)機(jī)器人二級調(diào)整，最終在降低建造成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)毫米級高精度定位。

但可變形的反射面和可牽引運(yùn)動的饋源艙又帶來新問題，“天眼”信號傳輸用的光纜要能在5年內(nèi)抗6.6萬次拉伸、信號衰減小于0.1ｄＢ，而國家標(biāo)準(zhǔn)僅為1000次、0.2ｄＢ，國外相關(guān)技術(shù)被封鎖。

饋源支撐系統(tǒng)副總工程師潘高峰說，參與研制光纜的是烽火通信科技股份有限公司和北京郵電大學(xué)林中教授團(tuán)隊(duì)。當(dāng)時(shí)烽火通信的生產(chǎn)線全部飽和，一條生產(chǎn)線每天產(chǎn)能40千米，每次為生產(chǎn)200米的試驗(yàn)光纜，來回調(diào)整配方工藝要耽誤兩天。光纜試驗(yàn)一次周期長達(dá)數(shù)月，林中教授不僅為設(shè)計(jì)提供大量技術(shù)研究，為確保試驗(yàn)周期不中斷，除夕夜還堅(jiān)持去實(shí)驗(yàn)室記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

“經(jīng)過多次試驗(yàn)，花費(fèi)4年時(shí)間，最終用在‘天眼’上的動光纜可經(jīng)受反復(fù)彎曲、卷繞和扭轉(zhuǎn)等機(jī)械性能和惡劣自然環(huán)境考驗(yàn)，滿足了設(shè)計(jì)需求，但項(xiàng)目預(yù)算的研制經(jīng)費(fèi)只有300萬元?！?00米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程總工藝師王啟明說，還有很多參建企業(yè)和科研單位，都首先從社會責(zé)任出發(fā)支持大科學(xué)工程，把經(jīng)濟(jì)效益放在其次。

“天眼”工程是一套復(fù)雜的系統(tǒng)工程，除了反射面、饋源艙和接收機(jī)等核心系統(tǒng)，還包括龐雜的綜合布線工程和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)?！案哽`敏度”、“更多來自宇宙的訊息”也意味著海量數(shù)據(jù)存儲和復(fù)雜的計(jì)算要求。

中國“天眼”作為射電天文學(xué)界的重要突破，其對數(shù)據(jù)存儲與計(jì)算的需要同樣也是“天文級”的。短期內(nèi)“天眼”的計(jì)算性能需求至少需達(dá)到每秒200萬億次以上，存儲容量需求達(dá)到10ＰＢ以上。而隨著時(shí)間推移和科學(xué)任務(wù)的深入，其對計(jì)算性能和存儲容量的需求將爆炸式增長。

由曙光公司打造的超算中心的接入，就像是給“天眼”連接上了計(jì)算“大腦”，將其探測到的未知信息處理成人類可解讀的內(nèi)容。

據(jù)曙光公司總裁歷軍透露，超算系統(tǒng)全部建成后，將以更高效能的數(shù)據(jù)存儲、分發(fā)、計(jì)算和分析全力支撐“天眼”高靈敏度、高性能的天文觀測。

中科院國家天文臺臺長嚴(yán)俊說，中國“天眼”的研制和建設(shè)，體現(xiàn)了我國自主創(chuàng)新能力，由最初不到5人的研究小組發(fā)展到上百人的團(tuán)隊(duì)，工程建設(shè)凝聚了國內(nèi)100多家單位的力量，實(shí)現(xiàn)了我國大科學(xué)工程由跟蹤模仿到集成創(chuàng)新的跨越，將為我國射電天文多個(gè)研究領(lǐng)域和自然科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域提供重大發(fā)現(xiàn)的機(jī)會。（記者 齊健 王麗 駱飛 白國龍）