年3月31日零点,“中国天眼”(FAST)正式向全世界天文学家发出邀约,征集观测申请。这个世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜,自启动运行以来取得了远超预期的科学成果。如今,它即将走向世界,为全球的天文研究带来更多惊喜。作为这项工程的总工程师,毕业于郑州大学的姜鹏心中充满了欣慰。在他看来,这样的成绩也算是对自己的老师南仁东有了一点交代。
姜鹏,中国科学院国家天文台研究员、博士生导师,年本科毕业于郑州大学水利水电工程专业,年硕士研究生毕业于郑州大学水工结构工程专业,主要研究方向为射电天文技术与方法。目前担任“中国天眼”米口径球面射电望远镜(FAST)总工程师,全面负责FAST望远镜运行和维护的相关技术工作,是长期工作在该工程一线的青年代表,为推动FAST通过国家验收做出重要贡献。曾获得中国青年科技奖、广西技术发明奖一等奖、北京市科学技术奖一等奖、中国钢协科学技术奖特等奖、中国土木工程詹天佑奖、北京青年五四奖章、中国青年五四奖章集体、中科院关键技术人才等荣誉。作为负责人主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目8项;目前已发表论文50余篇,其中SCI或EI收录49篇;获得授权专利20多项,其中发明专利17项;组织出版FAST调试运行期间的相关成果专刊2部,分别为《中国科学》和《ResearchinAstronomyandAstrophysics》。
在贵州省黔南州平塘县的群山深处,有一片叫“大窝凼”的天然洼地。从前这里叫“绿水村”,村里人居住在不通电的封闭世界里,打破这种状况的是一个名叫南仁东的天文研究员。他和同事们走进这片深山,打算在这里建造一个“大”望远镜,它的全名是“米口径球面射电望远镜(FivehundredmeterApertureSphericalradioTelescope),简称FAST。同时,它还有另一个名字——“中国天眼”。
FAST项目正式启动于年3月。五年间,这片山坳从一块砖、一片瓦、一根拉索开始,慢慢建起了世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜。姜鹏便是这段历程的亲历者之一。
年,姜鹏告别了相伴7年的郑州大学,进入中国科学院力学研究所继续深造,4年后他取得了工学博士学位。结构工程师出身的他,在参与“中国天眼”项目之前,可以说是对天文一窍不通。之所以会下定决心走进贵州深山,主要是因为“好奇这个东西它到底能不能实现”。在南仁东先生的感召之下,姜鹏加入项目成为了南老的学生,也完成了从工程师到“半个天文学家”的转变。
南仁东先生工作现场留影FAST的口径有米,对于大多数人来说,米不过是心里的一个数字,很难真正体验它的尺寸。打个比方,如果把FAST想成一口装满矿泉水的锅,那么全世界70亿人每人可以分到四瓶,够喝一整天。米直径的索网,还要能变形,这种规模的望远镜在世界上从来没有人做过。
“前无古人”的工程自然也面临着前所未有的挑战,正当姜鹏和团队如火如荼地进行台址开挖时,一个差点让FAST毁于一旦的技术问题出现了——“索疲劳”问题。望远镜对疲劳系统要求极高,要求钢索能承受兆帕应力,相当于传统规范的两倍还要多。姜鹏和同事们在市面上买了十几根钢索进行疲劳试验,结果都不能满足使用要求,整个团队都因此承受着巨大的压力。此后的两年中,他们进行了一次大规模的钢索疲劳性能实验研究——可能也是建国以来、能查到资料范围内最大规模的一次索疲劳实验,最终解决掉了这项FAST建设过程中最严重的技术风险。
像这样的难题还有很多:望远镜系统对精度控制要求极高,米的跨度上几个毫米的的误差都会影响结构安全和天线效率;施工场地限制极大,大型设备无法入场,所有的洞都要靠人挖;根钢索、块反射面单元、根下拉索,装错哪一个都不行……“这是世界上跨度最大、精度最高、工作方式最特殊的索网工程。“姜鹏说。
姜鹏工程师(左一)和南仁东院士(中)五年的建设过程中,工程师出身的姜鹏带领团队解决的难题数不胜数,在和困难“斗智斗勇”的过程中,他们也先后创造了一系列重要突破:索网系统钢索结构的疲劳性能突破现有标准2.5倍,解决了建设过程中最关键的技术瓶颈;发明多系统数据融合测量技术及主动安全评估系统,攻克复杂系统高精度控制及安全运行的技术难题,最终促成FAST验收指标的实现或超越。由姜鹏主持完成的四项技术成果在FAST工艺验收及成果鉴定会上被专家组认定为国际领先水平,并且已经在国内外多项工程中得到推广应用,产生了较大的社会效益和经济效益。
年9月射电望远镜“FAST”建成启用;年8月第一次实现了对固定目标元的跟踪;年4月通过工艺验收并向中国国内天文学家试开放;年1月通过国家验收,正式开放运行。“入职”四年多,FAST交出了一份令人瞩目的成绩单。他所提供的观测服务远超0机时,超过预期设计目标近2倍;它累计发现脉冲星颗,其中多颗被证实为新发现的脉冲星,在脉冲星发现领域达到世界领先水平;基于它的数据而发表的高水平论文有几十篇,在快速射电暴方面的研究成果,还发表在了国际顶级科学期刊《自然》杂志上。
如今,“中国天眼”将以更加开放的态度向全球提供研究设施,给世界天文学界提供更多的观测条件。这台凝聚了几代天文人心血与梦想的射电望远镜,不仅使得中国望远镜在寻找新脉冲星的征途上实现了“零的突破”,更铸造了一张国际科学交流的“新名片”。
“希望它的科学成就比工程成就更大,这才是我们期待的结果。”面对采访,姜鹏这样表达心中对FAST的期待。同时,他也提出了一点“奢求”:期待如果FAST能有一些重要的科学发现,希望大家还能记住这个大概号人左右的团队,用了20多年的青春,最后铸就了中国利器。
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郑州大学水利科学与工程学院创建于年,借助河南地处黄河、长江、淮河和海河四大流域区位优势,面向基础设施建设行业,坚持多学科专业相互渗透、交叉、融合,多层次人才培养并行,教学与科研相互融合。学院拥有以中国工程院院士王复明教授为代表的高层次师资队伍,其中教授33人,专任教师中拥有博士学位者占92%,水利工程和交通运输工程2个河南省一级重点学科,形成了包括学士、硕士、博士完整的人才培养体系,为我国水利、土木、交通等基础设施建设行业培养了万余名高级工程技术人才。
近10年,学院教师获批国家科技专项水专项、国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划课题等国家级科研项目余项,获国家科技进步奖5项、国家技术发明奖1项。学院现有国家级科研平台2个(国家重大基础设施安全检测与修复国家地方联合实验室、地下基础设施非开挖技术国际联合研究中心),国家级教学实验平台1个(水利与环境国家实验教学示范中心)。在年全国高等学校第四轮学科评估中,水利工程学科被评定为B+。学院凝练形成的工程安全与防灾学科群年获批河南省A类特色学科,年进入郑州大学一流学科建设序列。年,水利水电工程、水文与水资源工程专业同时通过全国工程教育专业认证。年,水利水电工程专业入选国家一流本科专业,年,水文与水资源工程专业入选国家一流本科专业;年,道路桥梁与渡河工程入选河南省一流本科专业。
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