中国电科SKA天线团队: “星月”的“神话” 在他们手中创造

文章来源:中国电子科技集团有限公司  发布时间:2023-10-11

宇宙中的星系历经了怎样的演化?地外文明是否真的存在?自古以来,人类对浩瀚宇宙的好奇与探索从未停止。而SKA(平方公里阵列射电望远镜)国际大科学工程或将给出答案。

SKA是由全球多国合资建造和运行的世界最大规模综合孔径射电望远镜,被称作“地球巨眼”,其台址分别位于南非及南部非洲8国、澳大利亚西部的无线电宁静区域。建成后,总接收面积达1平方公里,相当于140个足球场的面积,将比目前最大的射电望远镜阵列灵敏度提高50倍,巡天速度提高1万倍。SKA寄予着人类了解宇宙和生命奥秘的使命,探测宇宙、星系的起源和演化,寻找更多的星系,探寻孕育生命的新摇篮,搜索外星生命等都是SKA未来将致力于揭示的基本问题。

9月20日上午,SKA进入建设阶段以来的首台中频天线,在中国电科网络通信研究院(中国电科54所)工程现场,正式吊装。作为SKA反射面天线工作包联盟的牵头单位,中国电科网络通信研究院联合团队内部来自南非、意大利等国的科研及工业机构,将共同完成SKA天线结构工作包天线的建设任务。一个与国际接轨、正在快速成长并走向成熟的SKA天线团队应运而生。

一起“追星星”的人

在美丽的原野或高耸的山峰,约三两好友,仰望夜空掬一捧星光,是再浪漫不过的事情。而他们,就是看星星的人。只是这里并没有“星垂平野阔”的壮观,有的,只是一间10平米的外场小房屋。“恒星具有稳定性,为了精准测试伺服跟踪精度,我们选择在夜晚至凌晨进行观测”,SKA天线团队伺服设计师耿旭光说。传统的观测方法不适用于SKA天线的观测,耿旭光用类推的方法,在传统观测法的基础上,调整为用光学望远镜做天线的指向标校。新方法、新设备的出现无疑点燃了天线团队技术突破之路上的一盏烛火,同时也给技术人员带来了新的挑战。

“一定能搞定!”白天翻阅资料、调试研究,夜晚开始多轮测试,从太阳落山到早上五点,眼睛对屏幕必须“寸步不离”,随时做好发现问题、现场解决问题的准备,不大的房屋里常常挤着三台电脑三个人。“那段时间跟我们在一起的,不是家人,而是设备和星星。”耿旭光回忆说。

观测星星,不只需要“金刚钻”,还离不开“天公作美”。一天,太阳落山后,副总设计师杨晋蓉和耿旭光照常到达现场准备测试,却发现云层较厚,无法正常观测,可时间宝贵,明日何其多,哪怕有万分之一的观测机会,哪怕只有一小时的观测窗口,也值得付出等待。此时正值盛夏,夜晚的天气依旧闷热难耐,还要时刻防备着蚊虫的偷袭,驱蚊水用下去小半瓶每人还是被咬了一身包。直到深夜,才终于“拨开云雾”,正式开始观测。杨晋蓉打趣道,“我们就是一个看星星的团队,只要星星‘上线’,我们就要出现!”

杨晋蓉(后)耿旭光(前)正在进行光学指向测试

经过了数月的观测,分析处理数据、总结经验方法,经过了数十次指向模型的迭代,终于振奋人心的消息出现了——“指向精度值达标了,这个方法可行!”杨晋蓉和耿旭光的欢呼声响彻寂静的夜晚,屏幕上的星星便是他们见过的最美的星星,月亮也见证了他们所有的喜悦。

7米高吊篮里的“守夜人”

“起绳子,停!再爬点儿杆”,这是在SKA天线摄影测量外场的工作人员常常听到的一句话。摄影测量采集的数据越准确,越能确保天线的精度和灵敏度。高精度的天线摄影测量必须在较暗光线下进行,所以与大多数人的朝九晚五不同,天线工艺师程志峰的工作基本从晚上六七点钟开始,一直持续到深夜两点左右。而与众不同的,不只是他的工作时间,还有他的干活地点。

程志峰正在进行高精度天线摄影测量

长18米,宽16米口径天线的最高处,离地将近20米,高度相当于7层楼的楼顶。用吊车将吊筐架起,人站在吊筐里,一边扶着栏杆保持平衡,一边单手操作数字摄影测量仪器采集数据,这就是程志峰的工作“日常”。为确保测量条件,晚上开始测量时,他会关掉所有吊车灯,黑夜也显得格外寂静与漫长。在几乎伸手不见五指的半空中,要精准地对天线进行摄影测量,这听起来就不是一件易事,做起来更是难上加难,但“书读百遍其义自见”,经过上千次的测量,程志峰已游刃有余。上上下下走七列,再对天线做环绕式测量,这是他的一套“标准动作”,长年如一日,只为达到最精准的测量指标。

迎接技术评审时,在穿着羽绒服半个小时就冻透的隆冬,程志峰和团队披着一身军大衣在室外作业,每天十几个小时,一干就是两个多月。测量数据存在误差是常见的事,但为了得到最精准的数据,程志峰常常在零下二十度的寒夜,多次重复着“七上七下,环绕一圈”的动作,反复找问题、调整、测试,以获取完美数据。天气不总是尽如人意,但最终的评审数据却一如平常,获得了令人满意的结果,为SKA中频天线达到高指向精度和灵敏度打下扎实基础。

“操作要规范,方法要正确,数据要可靠,产品要经得起考验”,这是程志峰时常对徒弟的教导,也是他的工作原则与秘诀。

团队中的“硬核”计算达人

SKA中频天线硬件设计师王超,是SKA天线团队中为数不多的女工程师。项目到关键节点,团队中的每一个人都在争分夺秒与时间赛跑,办公室桌子上摆放着大大小小的电脑和厚厚的材料,黑板上时常留下讨论时勾勾画画的痕迹,这些痕迹有的深一些,有的浅一些,仿佛无声地透露着王超与指标“死磕”的劲头儿。

王超(左下)与同事在暗室测试馈源性能

电磁性能是SKA中频天线的重要指标,如何在短时间内计算分析并生成大量数据是一个难度不小的挑战,对她来说,电磁性能的计算与分析,像一片海洋深不见底,找到一个突破点就要一直做下去。一个人,三台电脑,几近疯狂地计算,她与数据的拉锯战就此拉开。其中遇到的困难自然也是数不清的,为了解决其中的问题,不拖项目“后腿儿”,她甚至吃饭走路都在不自觉地思考。关键时刻,她干脆自备了一个行军床,睡在夜晚空出来的办公室。功夫不负有心人,半个月后,她和团队得到了SKA天线电磁性能以及面型精度完美计算与分析的数据。

“电磁性能计算分析达到完美效果时,让我非常有成就感,这种成就感是一直支撑我走下去的动力。”王超在自己的专业领域付出着努力,也收获着价值,这是属于她的“奋斗”,也是SKA天线团队每一位青年的奋斗缩影,以技术之长解决专业问题,用绝不认输的志气,为“大国重器”盖上青年印章。

一个天线能接收到信号的能量很小,所以有了平方公里阵列的蔚为壮观。成百上千面天线合力组成探秘星空的“利器”,才能更好地倾听来自遥远星空的声音。就像SKA天线团队一样,“SKA不是一个人能干成的,靠的是集体的力量。这里每一个人,都主动为团队着想,他们都做到了最好的自己。”SKA中频天线项目总设计师杜彪说。

【责任编辑:俞昭君】
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