中國電科SKA天線團(tuán)隊(duì)： “星月”的“神話” 在他們手中創(chuàng)造
文章來源：中國電子科技集團(tuán)有限公司 發(fā)布時(shí)間：2023-10-11
宇宙中的星系歷經(jīng)了怎樣的演化？地外文明是否真的存在？自古以來，人類對(duì)浩瀚宇宙的好奇與探索從未停止。而SKA（平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡）國際大科學(xué)工程或?qū)⒔o出答案。
SKA是由全球多國合資建造和運(yùn)行的世界最大規(guī)模綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，被稱作“地球巨眼”，其臺(tái)址分別位于南非及南部非洲8國、澳大利亞西部的無線電寧靜區(qū)域。建成后，總接收面積達(dá)1平方公里，相當(dāng)于140個(gè)足球場(chǎng)的面積，將比目前最大的射電望遠(yuǎn)鏡陣列靈敏度提高50倍，巡天速度提高1萬倍。SKA寄予著人類了解宇宙和生命奧秘的使命，探測(cè)宇宙、星系的起源和演化，尋找更多的星系，探尋孕育生命的新?lián)u籃，搜索外星生命等都是SKA未來將致力于揭示的基本問題。
9月20日上午，SKA進(jìn)入建設(shè)階段以來的首臺(tái)中頻天線，在中國電科網(wǎng)絡(luò)通信研究院（中國電科54所）工程現(xiàn)場(chǎng)，正式吊裝。作為SKA反射面天線工作包聯(lián)盟的牽頭單位，中國電科網(wǎng)絡(luò)通信研究院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)內(nèi)部來自南非、意大利等國的科研及工業(yè)機(jī)構(gòu)，將共同完成SKA天線結(jié)構(gòu)工作包天線的建設(shè)任務(wù)。一個(gè)與國際接軌、正在快速成長并走向成熟的SKA天線團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)運(yùn)而生。
一起“追星星”的人
在美麗的原野或高聳的山峰，約三兩好友，仰望夜空掬一捧星光，是再浪漫不過的事情。而他們，就是看星星的人。只是這里并沒有“星垂平野闊”的壯觀，有的，只是一間10平米的外場(chǎng)小房屋。“恒星具有穩(wěn)定性，為了精準(zhǔn)測(cè)試伺服跟蹤精度，我們選擇在夜晚至凌晨進(jìn)行觀測(cè)”，SKA天線團(tuán)隊(duì)伺服設(shè)計(jì)師耿旭光說。傳統(tǒng)的觀測(cè)方法不適用于SKA天線的觀測(cè)，耿旭光用類推的方法，在傳統(tǒng)觀測(cè)法的基礎(chǔ)上,調(diào)整為用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡做天線的指向標(biāo)校。新方法、新設(shè)備的出現(xiàn)無疑點(diǎn)燃了天線團(tuán)隊(duì)技術(shù)突破之路上的一盞燭火，同時(shí)也給技術(shù)人員帶來了新的挑戰(zhàn)。
“一定能搞定！”白天翻閱資料、調(diào)試研究，夜晚開始多輪測(cè)試，從太陽落山到早上五點(diǎn)，眼睛對(duì)屏幕必須“寸步不離”，隨時(shí)做好發(fā)現(xiàn)問題、現(xiàn)場(chǎng)解決問題的準(zhǔn)備，不大的房屋里常常擠著三臺(tái)電腦三個(gè)人。“那段時(shí)間跟我們?cè)谝黄鸬模皇羌胰耍窃O(shè)備和星星。”耿旭光回憶說。
觀測(cè)星星，不只需要“金剛鉆”，還離不開“天公作美”。一天，太陽落山后，副總設(shè)計(jì)師楊晉蓉和耿旭光照常到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備測(cè)試，卻發(fā)現(xiàn)云層較厚，無法正常觀測(cè)，可時(shí)間寶貴，明日何其多，哪怕有萬分之一的觀測(cè)機(jī)會(huì)，哪怕只有一小時(shí)的觀測(cè)窗口，也值得付出等待。此時(shí)正值盛夏，夜晚的天氣依舊悶熱難耐，還要時(shí)刻防備著蚊蟲的偷襲，驅(qū)蚊水用下去小半瓶每人還是被咬了一身包。直到深夜，才終于“撥開云霧”，正式開始觀測(cè)。楊晉蓉打趣道，“我們就是一個(gè)看星星的團(tuán)隊(duì)，只要星星‘上線’，我們就要出現(xiàn)!”
楊晉蓉（后）耿旭光（前）正在進(jìn)行光學(xué)指向測(cè)試
經(jīng)過了數(shù)月的觀測(cè)，分析處理數(shù)據(jù)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)方法，經(jīng)過了數(shù)十次指向模型的迭代，終于振奮人心的消息出現(xiàn)了——“指向精度值達(dá)標(biāo)了，這個(gè)方法可行！”楊晉蓉和耿旭光的歡呼聲響徹寂靜的夜晚，屏幕上的星星便是他們見過的最美的星星，月亮也見證了他們所有的喜悅。
7米高吊籃里的“守夜人”
“起繩子，停！再爬點(diǎn)兒桿”，這是在SKA天線攝影測(cè)量外場(chǎng)的工作人員常常聽到的一句話。攝影測(cè)量采集的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，越能確保天線的精度和靈敏度。高精度的天線攝影測(cè)量必須在較暗光線下進(jìn)行，所以與大多數(shù)人的朝九晚五不同，天線工藝師程志峰的工作基本從晚上六七點(diǎn)鐘開始，一直持續(xù)到深夜兩點(diǎn)左右。而與眾不同的，不只是他的工作時(shí)間，還有他的干活地點(diǎn)。
程志峰正在進(jìn)行高精度天線攝影測(cè)量
長18米，寬16米口徑天線的最高處，離地將近20米，高度相當(dāng)于7層樓的樓頂。用吊車將吊筐架起，人站在吊筐里，一邊扶著欄桿保持平衡，一邊單手操作數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量儀器采集數(shù)據(jù)，這就是程志峰的工作“日常”。為確保測(cè)量條件，晚上開始測(cè)量時(shí)，他會(huì)關(guān)掉所有吊車燈，黑夜也顯得格外寂靜與漫長。在幾乎伸手不見五指的半空中，要精準(zhǔn)地對(duì)天線進(jìn)行攝影測(cè)量，這聽起來就不是一件易事，做起來更是難上加難，但“書讀百遍其義自見”，經(jīng)過上千次的測(cè)量，程志峰已游刃有余。上上下下走七列，再對(duì)天線做環(huán)繞式測(cè)量，這是他的一套“標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作”，長年如一日，只為達(dá)到最精準(zhǔn)的測(cè)量指標(biāo)。
迎接技術(shù)評(píng)審時(shí)，在穿著羽絨服半個(gè)小時(shí)就凍透的隆冬，程志峰和團(tuán)隊(duì)披著一身軍大衣在室外作業(yè)，每天十幾個(gè)小時(shí)，一干就是兩個(gè)多月。測(cè)量數(shù)據(jù)存在誤差是常見的事，但為了得到最精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，程志峰常常在零下二十度的寒夜，多次重復(fù)著“七上七下，環(huán)繞一圈”的動(dòng)作，反復(fù)找問題、調(diào)整、測(cè)試，以獲取完美數(shù)據(jù)。天氣不總是盡如人意，但最終的評(píng)審數(shù)據(jù)卻一如平常，獲得了令人滿意的結(jié)果，為SKA中頻天線達(dá)到高指向精度和靈敏度打下扎實(shí)基礎(chǔ)。
“操作要規(guī)范，方法要正確，數(shù)據(jù)要可靠，產(chǎn)品要經(jīng)得起考驗(yàn)”，這是程志峰時(shí)常對(duì)徒弟的教導(dǎo)，也是他的工作原則與秘訣。
團(tuán)隊(duì)中的“硬核”計(jì)算達(dá)人
SKA中頻天線硬件設(shè)計(jì)師王超，是SKA天線團(tuán)隊(duì)中為數(shù)不多的女工程師。項(xiàng)目到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)中的每一個(gè)人都在爭分奪秒與時(shí)間賽跑，辦公室桌子上擺放著大大小小的電腦和厚厚的材料，黑板上時(shí)常留下討論時(shí)勾勾畫畫的痕跡，這些痕跡有的深一些，有的淺一些，仿佛無聲地透露著王超與指標(biāo)“死磕”的勁頭兒。
王超（左下）與同事在暗室測(cè)試饋源性能
電磁性能是SKA中頻天線的重要指標(biāo)，如何在短時(shí)間內(nèi)計(jì)算分析并生成大量數(shù)據(jù)是一個(gè)難度不小的挑戰(zhàn)，對(duì)她來說，電磁性能的計(jì)算與分析，像一片海洋深不見底，找到一個(gè)突破點(diǎn)就要一直做下去。一個(gè)人，三臺(tái)電腦，幾近瘋狂地計(jì)算，她與數(shù)據(jù)的拉鋸戰(zhàn)就此拉開。其中遇到的困難自然也是數(shù)不清的，為了解決其中的問題，不拖項(xiàng)目“后腿兒”，她甚至吃飯走路都在不自覺地思考。關(guān)鍵時(shí)刻，她干脆自備了一個(gè)行軍床，睡在夜晚空出來的辦公室。功夫不負(fù)有心人，半個(gè)月后，她和團(tuán)隊(duì)得到了SKA天線電磁性能以及面型精度完美計(jì)算與分析的數(shù)據(jù)。
“電磁性能計(jì)算分析達(dá)到完美效果時(shí)，讓我非常有成就感，這種成就感是一直支撐我走下去的動(dòng)力。”王超在自己的專業(yè)領(lǐng)域付出著努力，也收獲著價(jià)值，這是屬于她的“奮斗”，也是SKA天線團(tuán)隊(duì)每一位青年的奮斗縮影，以技術(shù)之長解決專業(yè)問題，用絕不認(rèn)輸?shù)闹練猓瑸椤按髧仄鳌鄙w上青年印章。
一個(gè)天線能接收到信號(hào)的能量很小，所以有了平方公里陣列的蔚為壯觀。成百上千面天線合力組成探秘星空的“利器”，才能更好地傾聽來自遙遠(yuǎn)星空的聲音。就像SKA天線團(tuán)隊(duì)一樣，“SKA不是一個(gè)人能干成的，靠的是集體的力量。這里每一個(gè)人，都主動(dòng)為團(tuán)隊(duì)著想，他們都做到了最好的自己。”SKA中頻天線項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師杜彪說。
【責(zé)任編輯：俞昭君】
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