南仁東登上建設(shè)中的“中國天眼”。中國科學(xué)院國家天文臺提供
在貴州平塘縣大窩凼的喀斯特洼坑中，銀色的“中國天眼”仍在探視宇宙，但在“中國天眼”之父南仁東的房間里，時間卻停住了腳步。9月15日，南仁東因病在美國去世，這位率先提出在中國建設(shè)新一代射電“大望遠(yuǎn)鏡”，并在十多年間，走遍貴州許多窩凼，選出理想臺址，又用近十年時間跑遍工程現(xiàn)場的每個角落，罹患癌癥仍堅守崗位的中國500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（簡稱FAST）工程的發(fā)起者及奠基人，倒在了“中國天眼”建成而尚未正式啟用的時刻。時年72歲的南仁東，生命在欣慰與遺憾中戛然而止，留在中國大地上的是世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。
群山之中的FAST工程 新華社發(fā)
“20多年只做這一件事”
“咱們也建一個吧。”1993年，獲悉科學(xué)家們在日本東京的國際無線電科學(xué)聯(lián)盟大會上提出，要在全球電波環(huán)境繼續(xù)惡化之前，接收更多來自外太空的信息，建造新一代射電“大望遠(yuǎn)鏡”時，南仁東做出了這個決定，這讓“南仁東”這三個字，從此與FAST這個射電望遠(yuǎn)鏡密不可分。
隨意翻開一本世界科技史著作，射電天文學(xué)都是20世紀(jì)科技進(jìn)展中頗為重要的章節(jié)之一。20世紀(jì)60年代四大天文發(fā)現(xiàn)——宇宙微波背景輻射、類星體、脈沖星和星際分子，它們分別為大爆炸宇宙論提供支持、讓人們重新思考紅移的本質(zhì)，更進(jìn)一步了解宇宙的物理本質(zhì)和更深入了解宇宙間生命發(fā)生的適宜條件——這四大發(fā)現(xiàn)都是利用射電望遠(yuǎn)鏡才得以進(jìn)行觀測的。
在這些窮宇宙之邊際的探索中，射電望遠(yuǎn)鏡功不可沒。自那以后，世界各國開始建造更大口徑、更靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡來破解更多來自宇宙的秘密。
作為一名天文學(xué)家，南仁東不可能不知曉這段天文史。正因如此，24年前，時任中國科學(xué)院北京天文臺副臺長的南仁東，便敏銳地抓住了契機，提出：“在中國境內(nèi)建造直徑500米、世界最大的單口徑射電望遠(yuǎn)鏡。”
當(dāng)時，我國最大的射電望遠(yuǎn)鏡口徑只有30米，從30米到500米，這是個太大膽的設(shè)想，看好的人寥寥無幾——建設(shè)這樣大口徑的射電望遠(yuǎn)鏡已不僅是一個嚴(yán)密的科學(xué)工程，還是一個難度巨大的建設(shè)工程，涉及天文學(xué)、力學(xué)、機械工程、結(jié)構(gòu)工程、電子學(xué)、測量與控制工程，甚至巖土工程等各個領(lǐng)域，且工程從紙面設(shè)計到實際建造和運行，有著十萬八千里的距離。
“是否有合適的地方？施工難度怎么克服？”這是當(dāng)時人們最為普遍的質(zhì)疑。但南仁東認(rèn)準(zhǔn)了這件事。從1994年開始，年近50歲的南仁東開始主持國際大射電望遠(yuǎn)鏡計劃的中國推進(jìn)工作。他大膽提出，利用我國貴州省的喀斯特洼地作為望遠(yuǎn)鏡臺址，建設(shè)巨型球面望遠(yuǎn)鏡作為國際平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）的單元，并立即啟動貴州選址工作。
“為了選址，南老師當(dāng)時幾乎踏遍了那里的所有洼地。”南仁東的學(xué)生、FAST工程接收機與終端系統(tǒng)高級工程師甘恒謙回憶，當(dāng)時，南仁東帶著300多幅衛(wèi)星遙感圖，跋涉在中國西南的大山里，“有的荒山野嶺連條小路也沒有，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民走著都費勁”。
訪山歸來，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。經(jīng)過多年的論證，2007年7月，F(xiàn)AST作為“十一五”重大科學(xué)裝置正式被國家批準(zhǔn)立項；2008年，國家發(fā)改委批復(fù)了FAST的可行性研究報告；2009年，中科院和貴州省人民政府聯(lián)合批復(fù)了FAST項目初步設(shè)計及概算。
2016年9月25日，500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）竣工，最終建成的FAST擁有500米的口徑、相當(dāng)于30個足球場的接收面積。如果在國際上做一個橫向比較，F(xiàn)AST與號稱“地面最大的機器”的德國波恩100米望遠(yuǎn)鏡相比，靈敏度提高約10倍；比排在“阿波羅”登月之前、被評為人類20世紀(jì)十大工程之首的美國“阿雷西博”305米望遠(yuǎn)鏡，綜合性能提高約10倍。建造FAST的“窩凼”——幾百米的山洼被四面的山體環(huán)繞，正好擋住外面的電磁波。這個世界第一大單口徑射電望遠(yuǎn)鏡，可以觀測脈沖星、中性氫、黑洞等等這些宇宙形成時期的信息，以及捕捉來自外星生命的信號。
從1994年開始主持FAST項目的選址、立項、可行性研究及初步設(shè)計，主編科學(xué)目標(biāo)，指導(dǎo)各項關(guān)鍵技術(shù)的研究及其模型試驗，歷經(jīng)22年，南仁東帶領(lǐng)團(tuán)隊最終建成了“中國天眼”。“南老師這20多年只做了這一件事。”他的同事和學(xué)生們說。在這8000多個殫精竭慮的日子里，南仁東帶領(lǐng)老中青三代科技工作者克服了不可想象的困難，實現(xiàn)了由跟蹤模仿到集成創(chuàng)新的跨越。“南老師推動了世界獨一無二的項目。”FAST項目副總工程師李菂說：“他的執(zhí)著和直率最讓人佩服。”
“造不好，怎么對得起人家？”
留著八字胡、目光凌厲，“一看就是‘頭兒’”，這是姜鵬對南仁東的第一印象。在成為南仁東的助理，熟知他的過往經(jīng)歷后，F(xiàn)AST工程調(diào)試組組長、研究員姜鵬覺得“他的人生充滿的是調(diào)皮、義氣、玩世不恭，甚至有些搗蛋”。
身材瘦小的南仁東的確是個“傳奇”。他于1945年出生在遼源市龍山區(qū)，1963年，南仁東以高考平均98.6分（百分制）的優(yōu)異成績成為“吉林省理科狀元”，并考入清華大學(xué)無線電系，是當(dāng)?shù)?0年間唯一考入清華大學(xué)的高才生。根據(jù)他的老友，F(xiàn)AST工程顧問、高級工程師斯可克回憶，畢業(yè)后，他倆在吉林通化無線電廠開模具，南仁東從沖壓、鈑金、電鍍等“粗活”到土建水利樣樣都學(xué)，更帶領(lǐng)技術(shù)員們生產(chǎn)出中國第一代電子計算器。但在選擇碩士專業(yè)的時候，南仁東卻不按常理出牌，他考取的是中國科學(xué)院的天文學(xué)研究生，跨入了與此前專業(yè)差異很大的天文領(lǐng)域，并“一發(fā)不可收拾”。
20世紀(jì)，無線電波打開了現(xiàn)代天文觀測在不可見光領(lǐng)域的“窗口”，能夠接收來自宇宙的電磁信號的優(yōu)良觀測設(shè)備就成為在這一領(lǐng)域一決高下的“利器”。南仁東深知要讓中國的天文觀測重回世界高地，建造大型觀測設(shè)備是當(dāng)務(wù)之急。
“感官安寧，萬籟無聲。美麗的宇宙太空以它的神秘和絢麗，召喚我們踏過平庸，進(jìn)入它無垠的廣袤。”南仁東以這句話表達(dá)了他對星空的追求。“別人都有自己的大設(shè)備，我們沒有，我挺想試一試。”他說，他心中最大的夢想，就是把大窩凼變成一個現(xiàn)代機械美感與自然環(huán)境完美契合的天文觀測奇跡。
為了推動立項，他成了“推銷員”，設(shè)法參加國際會議，逢人就推銷項目。“我開始拍全世界的馬屁，讓全世界來支持我們。”南仁東曾這樣自嘲。為了尋求技術(shù)上的合作，南仁東北上哈爾濱工業(yè)大學(xué)，南下同濟(jì)大學(xué)，繼而奔赴西安電子科技大學(xué)。
終于爭取到立項，南仁東的反應(yīng)卻不是欣喜若狂。從2011年開工令下達(dá)起，在5年半的工程建設(shè)過程中，先后150多家國內(nèi)企業(yè)、20余家科研單位、數(shù)千人的施工隊伍相繼投入FAST建設(shè)，這么大的射電望遠(yuǎn)鏡建設(shè)，關(guān)鍵技術(shù)無先例可循、關(guān)鍵材料急需攻關(guān)、現(xiàn)場施工環(huán)境非常復(fù)雜，工程的艱難程度遠(yuǎn)超出想象?？上攵?，南仁東肩上的擔(dān)子，壓得很重。
在2010年，F(xiàn)AST曾遇到建造以來的一場近乎災(zāi)難性的風(fēng)險。據(jù)姜鵬回憶，2010年，他們對買自知名企業(yè)的十余根鋼索結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞實驗，結(jié)果全部以失敗告終，沒有一例能滿足FAST的使用要求。當(dāng)時，臺址開挖工程已經(jīng)開始，設(shè)備基礎(chǔ)工程迫在眉睫，可由于購買的材料達(dá)不到工程要求，反射面的結(jié)構(gòu)形式遲遲定不下來。
為了解決這個問題，南仁東提出用彈簧作為彈性變形的載體，來解決鋼索疲勞問題。在姜鵬看來，這有些異想天開。“在我看來真有點天馬行空，不可思議。”姜鵬說，“但他就是希望大家能發(fā)散思維。”
然而，用彈簧仍然是行不通的。在姜鵬最后一次向南仁東論述了彈簧方案不可行之后，他清晰地記得，空曠的會議室里，南仁東背著手站在黑板前，盯著那草圖，“像一個無助的孩子。”姜鵬說：“我當(dāng)時很難理解，這樣的大科學(xué)家也會手足無措。”但他很快就明白南仁東的壓力之大。“他寢食難安，天天與我們技術(shù)人員溝通，想方設(shè)法在工藝、材料等方面尋找解決途徑，他背負(fù)的責(zé)任太重了”。
盡管失敗帶來了打擊，但放棄卻絕不是科學(xué)家的選擇。“造不好，怎么對得起人家？”“國家投了那么多錢，國際上又有人說你在吹牛皮，我就得負(fù)點責(zé)任。”這樣的話掛在南仁東嘴邊。南仁東決定轉(zhuǎn)向鋼索的研制，整個研制工作接近兩年，經(jīng)歷了近百次失敗。幾乎每一次，南仁東都親臨現(xiàn)場，溝通改進(jìn)措施。最終，研制出滿足FAST要求的鋼索結(jié)構(gòu)，讓FAST渡過了難關(guān)。
在長達(dá)14年的預(yù)研究和建設(shè)過程中，南仁東主持FAST科學(xué)目標(biāo)，指導(dǎo)各項關(guān)鍵技術(shù)的研究及模型試驗，實現(xiàn)了三項自主創(chuàng)新：利用貴州天然的喀斯特洼坑作為臺址；洼坑內(nèi)鋪設(shè)數(shù)千塊單元組成500米口徑球冠狀主動反射面；采用輕型索拖動機構(gòu)和并聯(lián)機器人，實現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡接收機的高精度定位。突破了一系列技術(shù)難題，發(fā)明了500MPa耐疲勞拉索，突破了高效握拔力錨固技術(shù)、大跨度索網(wǎng)安裝和精度控制等難題；提出通過“水環(huán)”和運動配重擴大焦艙的運動空間同時增加系統(tǒng)阻尼的設(shè)計。
2011年9月18日，大窩凼現(xiàn)場，南仁東與施工人員交流。中國科學(xué)院國家天文臺提供
“懂無線電、焊接、機械的天文學(xué)家”
有人說，F(xiàn)AST成就了南仁東。但實際上，早在FAST之前，南仁東就已經(jīng)是著名的天文學(xué)家。1984年，南仁東使用國際甚長基線網(wǎng)對活動星系核進(jìn)行系統(tǒng)觀測研究，在這一領(lǐng)域的早期發(fā)展階段，主持完成歐洲及全球網(wǎng)10余次觀測，首次在國際上應(yīng)用VLBI“快照”模式，取得豐富的天體物理成果；VLBI混合成圖達(dá)到當(dāng)時國際最高動態(tài)范圍水平，使20世紀(jì)80年代國內(nèi)進(jìn)行VLBI數(shù)據(jù)分析成為可能。
他在日本作客座教授期間，幫助日本空間甚長基線干涉天文臺項目解決衛(wèi)星-地面VLBI的成圖難題。多年的突出成果得到國際同行贊譽和認(rèn)可，他于2006年被國際天文學(xué)聯(lián)合會射電天文分部選為主席。
后來，南仁東放棄國外的優(yōu)渥條件，回國挑起天文事業(yè)重?fù)?dān)。
“南老師曾說過，作為一個科研工作者，一生之中能參與大項目的機會難能可貴。這既是機遇，也是挑戰(zhàn)。”從2001年開始參與FAST項目的國家天文臺研究員張海燕說。如今再憶前期艱難，以及南老師不斷鼓勵大伙團(tuán)結(jié)一心的情景，她泣不成聲。
從FAST項目開始至今，南仁東一直任首席科學(xué)家，通過國內(nèi)外同行間的合作，主持編寫了FAST立項建議書，確定了中性氫、脈沖星、分子譜線、VLBI和地外智慧文明搜尋等5大科學(xué)內(nèi)容。FAST具有高靈敏度和大天區(qū)覆蓋，有利于發(fā)現(xiàn)更多罕見品種的脈沖星。中性氫與脈沖星巡視被國際天文界評審為FAST兩個最高優(yōu)先級科學(xué)目標(biāo)。
2012年，F(xiàn)AST973項目正式啟動，作為資深咨詢專家，南仁東指導(dǎo)FAST973項目“射電波段的前沿天體物理課題及FAST早期科學(xué)研究”的立項及組織實施；確立了FAST實現(xiàn)世界首個漂移掃描多科學(xué)目標(biāo)同時巡天的原創(chuàng)科學(xué)策略；提出調(diào)試階段全波段監(jiān)測蟹狀星云脈沖星的優(yōu)先觀測計劃；建議了用于望遠(yuǎn)鏡調(diào)整期及早期試觀測的單波束和多波束接收機，前者已投入試觀測。
在國家天文臺FAST工程副經(jīng)理、辦公室主任張蜀新眼里，南仁東不只是個天文學(xué)家，他還精通巖土、焊接、機械、工程管理。在審核危巖和崩塌體治理、支護(hù)方案時，不懂巖土工程的南仁東，用了一個月的時間學(xué)習(xí)相關(guān)知識，對方案中的每一張圖紙都仔細(xì)審核、反復(fù)計算，指出方案中的錯誤，提出了大量的寶貴意見。“他是個天文學(xué)家，但為了FAST，他把自己練成了通才，拿起電焊能焊得有模有樣，給機械專家提點問題也總在點子上。”張蜀新說。
據(jù)FAST工程饋源支撐系統(tǒng)副總工潘高峰回憶，在臺址勘察期間，為了更清晰地了解現(xiàn)場，掌握第一手資料，制定正確的危巖治理方案，65歲的南仁東和年輕人一起，在沒有路的大山里攀爬。在去陡峭山頂時，大家勸他在山下等著，看完結(jié)果向他匯報，他卻堅持：“我要和你們一起上去，看看實際的情況。”
多年來，F(xiàn)AST項目成為享譽世界的超級大工程，其創(chuàng)新技術(shù)得到了各方認(rèn)可，獲得了各種獎勵，如創(chuàng)新的索網(wǎng)技術(shù)成果獲2015年鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會科學(xué)技術(shù)獎特等獎、2016年廣西技術(shù)發(fā)明一等獎和2016年北京市科學(xué)技術(shù)獎一等獎。但屬于南仁東個人的榮譽卻只有“CCTV2016年度科技創(chuàng)新人物”“2016中國科學(xué)年度新聞人物”“2017年全國創(chuàng)新爭先獎?wù)?rdquo;寥寥幾項。
他對名利淡漠，卻對現(xiàn)場的工人和貧困地區(qū)的孩子十分上心。他曾給來自云南的工人買運動服，還常帶些瓜果與工人們分享。每次晚飯后，他都會到工人的工棚坐坐，“端起工人吃飯的碗就喝水”。他的記憶力極好，幾乎知道每個工人的名字、工種、收入情況，“還知道一些他們家里的瑣事”。張蜀新說，南仁東看到了當(dāng)?shù)厝松畹钠D苦，了解當(dāng)?shù)匦『⒆由蠈W(xué)的不易，于是他出資捐助十余位兒童上學(xué)。時至今日，仍有受資助的學(xué)生給他寫信。
在南仁東逝世時，留下遺愿，喪事從簡，不舉行追悼儀式。他驟然離世，留下無數(shù)寄望，目前，F(xiàn)AST項目還在緊張調(diào)試，“要讓FAST早出突破性成果，以慰藉南先生在天之靈。”他的同事和學(xué)生們說。
