文/吳越
2017年9月15日，72歲的南仁東在美國(guó)治療肺癌時(shí)去世，讓科學(xué)界深感震痛。之所以如此，就是南仁東不僅是科學(xué)家，而且絕非一般科學(xué)家。他是我國(guó)著名的天文學(xué)家，是國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目——500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）工程首席科學(xué)家。從這個(gè)意義說(shuō)，他更是大工程家。南仁東的不幸逝世，乃巨星隕落，使我國(guó)天文學(xué)界失去一位泰斗。
富有傳奇的人生
出生于1945年南仁東，有著頗富傳奇人生的色彩。他經(jīng)歷“文革”動(dòng)亂，從清華大學(xué)電子工程系畢業(yè)后，在東北的一個(gè)無(wú)線電廠一干就是十年。改革開(kāi)放后，他代表中國(guó)天文臺(tái)的專(zhuān)家曾在國(guó)外著名大學(xué)當(dāng)過(guò)客座教授，做過(guò)訪問(wèn)學(xué)者，還參加過(guò)十國(guó)大射電望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃。
南仁東是1963年吉林省的高考理科狀元，考入清華大學(xué)無(wú)線電系，“文革”之后，在北京天文臺(tái)讀天體物理的研究生。
南仁東是一個(gè)愛(ài)好藝術(shù)和哲學(xué)的科學(xué)家，尤其喜歡畫(huà)畫(huà)，在日本國(guó)立天文臺(tái)訪學(xué)期間，創(chuàng)作了一幅油畫(huà)《富士山》，至今仍掛在該校教學(xué)樓的大廳里。據(jù)FAST工程副經(jīng)理張蜀新回憶：“有一次我問(wèn)他，為什么反射面周?chē)牧倜字嗡乳g距排布，打亂排不是能減少很多工作量嗎？結(jié)果他就一句話，‘那樣不好看’。別看他忙，但做PPT特別講究，有一次開(kāi)完會(huì)其他單位的人問(wèn)我，你們是請(qǐng)專(zhuān)人幫忙設(shè)計(jì)PPT嗎，怎么版式那么好看？其實(shí)都是南老自己做的。”
FAST工程調(diào)試組組長(zhǎng)姜鵬回憶說(shuō)，他來(lái)天文臺(tái)面試的時(shí)候，并不知道南仁東是誰(shuí)，“只是感覺(jué)到他強(qiáng)大的氣場(chǎng)，一看就是‘頭兒’，甚至有點(diǎn)像‘土匪頭兒’”。從上世紀(jì)90年代開(kāi)始籌劃FAST項(xiàng)目時(shí)，南仁東就一直留著一撮小胡子，過(guò)了20多年，頭發(fā)和小胡子都已變得花白。在工地上他隨意地穿著大汗衫，鼻梁上架著近視鏡，后來(lái)改成老花鏡，回北京又變回了時(shí)髦老人，有時(shí)候回到校園給研究生上課，他會(huì)穿花襯衫和牛仔褲，有一次還穿了條很潮的皮褲。出國(guó)參加學(xué)術(shù)會(huì)議也很注重形象，要帶一箱子衣服去。
“因?yàn)橄矚g藝術(shù)，他和一般科學(xué)家不太一樣，想法不受拘束，很有想象力，經(jīng)常會(huì)冒出很多創(chuàng)新點(diǎn)出來(lái)。”FAST工程接收機(jī)與終端系統(tǒng)高級(jí)工程師甘恒謙如是說(shuō)。也許正是因?yàn)槟先蕱|喜歡藝術(shù)，讓他和一般科學(xué)家不太一樣，想法不受拘束，很有想象力，經(jīng)常會(huì)冒出很多創(chuàng)新點(diǎn)出來(lái)。也許正是他富有傳奇人生的經(jīng)歷，最終使他成為一個(gè)頂級(jí)天文學(xué)家。
23年堅(jiān)守一個(gè)夢(mèng)
“南老師20多年只做了這一件事。”南仁東的同事和學(xué)生們?nèi)绱嗽u(píng)價(jià)。為了FAST工程，南仁東曾舍棄在國(guó)內(nèi)一年工資等于國(guó)外一天的高薪回國(guó)，赤子情懷躍然人前。
南仁東的同行老友清楚地記得，24年前的1993年，在日本東京召開(kāi)的國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)盟大會(huì)上，科學(xué)家們提出，在全球電波環(huán)境繼續(xù)惡化之前，建造新一代射電望遠(yuǎn)鏡，接收更多來(lái)自外太空的訊息。南仁東跟同事說(shuō)：“咱們也建一個(gè)吧。”當(dāng)時(shí)，沒(méi)有多少人看好他的這個(gè)設(shè)想。能不能找到合適的地方？施工難度能不能克服？這些都是未知數(shù)。南仁東帶著300多幅衛(wèi)星遙感圖，跋涉在中國(guó)西南的大山里。他要尋找當(dāng)?shù)氐母C凼——幾百米的山谷被四面的山體圍繞，正好擋住外面的電磁波。
有的荒山野嶺連條小路也沒(méi)有，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民走著都費(fèi)勁。但訪山歸來(lái)，南仁東心里有了底，正式提出利用喀斯特洼地建設(shè)射電望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想。但能不能籌到足夠資金，南仁東心里卻沒(méi)底。有那么幾年時(shí)間，南仁東成了一名“推銷(xiāo)員”，大會(huì)小會(huì)、中國(guó)外國(guó)，逢人就推銷(xiāo)自己的大望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目。“我開(kāi)始拍全世界的馬屁，讓全世界來(lái)支持我們。”他一度這樣自嘲。
每一步都關(guān)乎項(xiàng)目的成敗，他的付出有時(shí)甚至讓學(xué)生們覺(jué)得“太過(guò)努力了”。連夜要趕項(xiàng)目材料，課題組幾個(gè)人就擠在南仁東的辦公室，逐字逐句推敲，經(jīng)常干到凌晨。FAST項(xiàng)目副總工程師李菂說(shuō)：“南老師的執(zhí)著和直率最讓我佩服。擔(dān)起首席科學(xué)家和總工程師各種職責(zé)，推動(dòng)了世界獨(dú)一無(wú)二的項(xiàng)目。”
度過(guò)了舉步維艱的最初10年，F(xiàn)AST項(xiàng)目漸漸有了名氣，跟各大院校合作的技術(shù)也有了突破性進(jìn)展。2006年，立項(xiàng)建議書(shū)最終提交。通過(guò)最后的國(guó)際評(píng)審時(shí)，專(zhuān)家委員會(huì)主席沖上前緊緊握住南仁東的手：“You did it（你做成了）！”
在FAST現(xiàn)場(chǎng)，令人能由衷感受到“宏大”兩個(gè)字的含義。而在10多年前，這樣的圖景在南仁東的腦海里就已經(jīng)成型。他要做的，是把腦海里成型的圖景變化為現(xiàn)實(shí)。工程建設(shè)過(guò)程中要做鎖網(wǎng)變形，既要受力，又要變形，在工業(yè)界沒(méi)有什么現(xiàn)成技術(shù)可以依賴(lài)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是10萬(wàn)次伸縮，而FAST需要200萬(wàn)次的伸縮，南仁東自己提出的特殊工藝支撐起FAST的外形。
“天眼工程”成現(xiàn)實(shí)
23年磨一劍，南仁東最終讓“天眼工程’成為現(xiàn)實(shí)。
在技術(shù)層面，數(shù)千塊單元組成的球面主動(dòng)反射面技術(shù)是由南仁東主導(dǎo)的FAST最大創(chuàng)新點(diǎn)之一。主動(dòng)反射面技術(shù)在以往的射電望遠(yuǎn)鏡中雖已有應(yīng)用，但都用在小范圍的改變上，目的是通過(guò)改變單元反射面的位置來(lái)保持整個(gè)反射面的拋面形狀，而FAST的反射面要進(jìn)行大范圍的運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)單元反射面的作用是要將球面改成拋物面，通過(guò)主動(dòng)的變形實(shí)現(xiàn)對(duì)天體跟蹤式的觀測(cè)。而要實(shí)現(xiàn)這種跟蹤觀測(cè)，對(duì)反射面上空的饋源艙定位精度要求很高。目前規(guī)模世界第二的美國(guó)阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡球面口徑為305米，由100米高的三座鐵塔支撐著一個(gè)重達(dá)500噸的三角形平臺(tái)和可移動(dòng)饋源臂，以及下方懸掛著的重75噸的圓屋組成饋源艙，專(zhuān)業(yè)人士都知道，305米口徑的望遠(yuǎn)鏡，這個(gè)平臺(tái)的長(zhǎng)度大概在百米量級(jí)，如果我們500米口徑的望遠(yuǎn)鏡仍然采用這種結(jié)構(gòu)，平臺(tái)長(zhǎng)度至少要達(dá)到250米，這個(gè)不太現(xiàn)實(shí)。
據(jù)FAST工程接收機(jī)與終端系統(tǒng)高級(jí)工程師甘恒謙介紹，F(xiàn)AST的饋源艙使用了名為“輕型索拖動(dòng)饋源支撐系統(tǒng)”的新設(shè)計(jì)方案，由六座支撐塔吊起六根鋼索，通過(guò)索長(zhǎng)度的收放，調(diào)節(jié)饋源接收機(jī)與發(fā)生形變的反射面之間的相對(duì)位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)高精度定位。FAST的饋源艙平臺(tái)重量?jī)H為30噸，移動(dòng)起來(lái)非常靈活，與德國(guó)波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，F(xiàn)AST的靈敏度提高約10倍，與阿雷西博望遠(yuǎn)鏡相比，其綜合性能也提高了10倍。
與傳統(tǒng)射電望遠(yuǎn)鏡采用獨(dú)立分塊反射面單元技術(shù)不同，F(xiàn)AST主動(dòng)反射面的主要支撐結(jié)構(gòu)采用了創(chuàng)新性的索網(wǎng)技術(shù)，2002年FAST技術(shù)年會(huì)上，南仁東第一次正式提出這個(gè)概念。當(dāng)時(shí)有人問(wèn)他說(shuō)：“南老師，原來(lái)的技術(shù)應(yīng)用很成熟了，為什么要改？南仁東回答說(shuō)：“很簡(jiǎn)單，因?yàn)槭″X(qián)。”
在工程建設(shè)前期，每項(xiàng)重大的工程進(jìn)展，他都要親自到工地部署。一套繡著“南仁東”三個(gè)字的工作服威嚴(yán)地穿在身上。他所構(gòu)思的FAST，一個(gè)500米直徑的球面射電望遠(yuǎn)鏡要在鋼索的牽拉下形成350米的瞬間拋物面變換角度。為這項(xiàng)創(chuàng)新，南仁東帶著他的團(tuán)隊(duì)鼓搗了十多個(gè)年頭。當(dāng)高塔豎立起來(lái)后，每一次到工地，他總要莊嚴(yán)地攀登上塔頂，他那一步一步向上攀登的身影，似乎在昭示：這一代的科學(xué)家，應(yīng)該為中國(guó)未來(lái)的騰飛做好準(zhǔn)備……
術(shù)業(yè)有專(zhuān)攻，在FAST項(xiàng)目里，有人不懂天文，有人不懂力學(xué)，有人不懂金屬工藝，有人不會(huì)畫(huà)圖，有人不懂無(wú)線電。這幾樣能懂一兩個(gè)就算不錯(cuò)了，但偏偏南仁東幾乎都懂。
2016年9月25日，F(xiàn)AST竣工進(jìn)入試調(diào)試階段。利用這一世界最大的單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，人類(lèi)可以觀測(cè)脈沖星、中性氫、黑洞等等這些宇宙形成時(shí)期的信息，探索宇宙起源。
如今，南老雖然走了，他把全部的情和愛(ài)揮灑給了“中國(guó)天眼”——世界最大口徑的射電望遠(yuǎn)鏡FAST。就在南老去世的前一個(gè)月，中國(guó)科學(xué)院公布了2017年中科院院士初步候選人名單，72歲的南仁東榜上有名，成為此次增選中年齡最大的候選人。從某種程度說(shuō)，南仁東成就了頂級(jí)的FAST，同時(shí)，偉大的FAST也成就了他。
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