（原标题：专访最牛“天眼”总工艺师王启明：几代人的心血 他的十七年）
王启明
开篇语
中国科技日新月异，在不少领域已经领先世界。广州日报聚焦“前沿科技人”，讲述科技成果背后的人物故事。
今天，我们专访了贵州500米口径射电望远镜（FAST）总工艺师王启明和副总工程师李菂。
本版文字/广州日报全媒体记者唐迎春
本版图片/广州日报全媒体记者廖雪明(署名除外)
王启明领记者走上FAST圈梁。走上悬空的圈梁，感觉双脚踩在“锅沿”上。
世界上最聪明的设计
“白天太阳电磁波辐射强烈，晚上是最好的观测时间。通过反射聚焦，把约七万五千平方米面板上收到的信号聚焦到一个点上。”王启明说，“你看，那是6根超过600米的钢索，通过在6个塔上的滑轮拉起中间那个馈源舱。”
“传统射电望远镜，通过反射面接收宇宙平行光，超过100米口径的，全世界只有两个，一个是德国的，一个是美国的，口径再大的话，当反射面俯仰转动时产生变形，效率上不去。美国1961年建了一个300米口径的射电望远镜，球面固定，不能移动观察方向，电磁波照在球面上，聚焦到一条线，把这条线上的信号聚集起来，再用计算机处理，难度大成本高。馈源舱悬挂系统就有2000多吨。”王启明说，“如果用这种方式做500米口径的望远镜，重量受不了。我们设计成一个球面，相当于把一个300米的‘碗’放在一个500米口径的‘锅’里，抛物面总是球里面移动。”
FAST这会儿正在“休息”。银色的三角反射面板下，是密密匝匝的索网。
王启明说，当“天眼”睁眼看天时，牵引索网，前拉后移，调整三角反射面板，把这个方向的三角面板调成一个抛物面，不断地改变观察方向，改变抛物面。观察的抛物面不同，焦点也在空中不停地移动。
“中间那个馈源舱系统就是捕捉焦点的。”王启明示意记者看中间那个巨大的银色“螺帽”——馈源舱。这颗大“螺帽”在回港状态，体重30吨。
这是世界上最聪明的设计：世界上口径最大的射电望远镜，天文观测时反射面不“摇头”，而是由球面渐变成抛物面；空中的两套并联机器人系统分毫不差地带动接收机追踪焦点，收集遥远宇宙的信息。
没日没夜的清华博士后
2000年5月，王启明在清华大学做博士后。
清华大学与国家天文台签下合同：研究FAST舱内并列机器人机构。王启明和另外一个老师接了这个课题，他打算把这个研究作为博士后课题。这么大尺度和特殊要求的空中机器人，很有挑战，39岁的他觉得时不我待。
在清华大学，他与课题组的同事们用半年时间做出了一个1：15的模型；2001年3月，带着这个模型参加了“863十五周年展”。
此后，他们不停地做试验，模拟各种绕动，整理实验报告，写论文。经常到晚上11点，大楼熄灯时他们才离开。
下了楼，王启明还和同事到操场跑上几圈，零点回到博士后公寓倒头就睡，在清华的日子里，他几乎夜夜如此。第二天早上，他又早早地起床去楼里，中午不休息，一直忙到晚上大楼熄灯。
博士后期间，国家天文台的并联机器人课题完成了验收。
2002年9月，王启明被调到国家天文台，并从此和FAST结缘，直到现在。
天坑、天眼浑然天成
顺着周长1600米的圈梁通道往前走，细看镶成大锅的银色反射面板，其实是有色差的，铝合金面板的表面出厂前要特殊处理，生产批次不同，有的看起来黄一点，有的更白一些。
4450块三角形面板，边长约11米，厚度仅1毫米，可谓薄如蝉翼。面板之下，网格状的索网清晰可见，如矩阵亦如蜂窝。
“索网结构直径500米，整个索网共用了6670根主索、2225个主索节点和相同数量的下拉索。”说到精确的数字，王启明如数家珍，“长度11米的主索索段精度控制到1毫米以内，主索节点的位置精度达到5毫米，索构件拉伸疲劳应力幅值不能低于500MPa，索网的总重量1300多吨。”
王启明示意记者看面板下面的主索节点，“看到没，圈梁旁边的，嵌在水泥墩里的黄色液压拉杆，每个节点下面，都有一根这样的液压调整杆，能前移后拉，调整每个点，调成各种抛物面。”
王启明说，FAST的设计寿命是30年，拉索不停地拉来拉去，要具备高弹性、抗拉伸的特征，要求30年不变形、不老化、不断裂，抗疲劳拉伸次数达到两百万次。
如今，面板上密布孔洞。“面板薄，上面打孔，可以更透光，也减少了重量，面板现在的重量是1000多吨，如果不打孔，重量有2000多吨。打孔还可以透风、透水。正在维修的六块面板那里，你往下看，下面就是天坑的一角，可以看到树、草、山洞、岩石。”王启明说，“大锅”选址原本就是一个天坑，坑底有溶洞，有钟乳石，地下有暗河。台址开挖时，在洼地底部挖了一个3乘3米的隧道通向另外一个洼地，以便排水；圈梁立柱开挖时，往一个柱子的基础里面灌水泥，怎么也灌不满，后来下到柱子底部，发现侧面有一个溶洞，有几间房那么大。
王启明记得，2016年7月3日，FAST装完最后一块反射面板。
如今，透光、透风、透水的面板镶成了一只完美的“大锅”，“大锅”下面，依旧草生草长，花开花落；“大锅”四周的雨水，渗进坑底岩缝，汇入纵横交错的暗河。天坑，天眼，浑然天成。
30米口径望远镜模型
2004年，王启明所在的课题组想做一套30米口径索网结构的射电望远镜整体模型。
在国家天文台密云观测站，他们找了一块空地，经过一年的筹备后模型正式开建。他们挖了一个7.5米深的坑，搭起了一个5.5米高的圈梁，刚开始做了4个塔，后来改成6个塔，有472根主索，145个下拉索，和252个三角形面板构成一个模型“大锅”。
2005年的照片，王启明晒得很黑，因为要经常抬重物，他感到自己很壮实。
有时候，他要通宵做实验。
那些年，从国家天文台到北京密云站，还没有高铁，坐通勤火车或汽车，至少要花三四个小时。
密云观测站周边的村子，地里的玉米黄了红了，白桦树变得光秃秃，冬尽春又来。
2007年FAST立项后，他们还在反复调试模型。
他们研制了多个类型反射面单元，五百多公斤的反射面板，肩扛手抬，或者用手拉葫芦往上吊装。
其他能扛得动的材料，都是自己扛。加上研究生，团队少至八九人，多则十二三人。拉索松弛实验做了无数次。促动器的试验样机做了几十台，液压的驱动、电动缸驱动、铝的、钢的……
各种试验样机，各种验证，直到2012年，模型实验确认FAST各项设计的可行性，王启明和他的伙伴们才将他们的足迹逐渐从密云站转移到贵州FAST现场。
精确无误的动态测量
如何保证将反射面板调成了需要的抛物面？如何保证吊舱移到抛物面的焦点上？
王启明说：“这就需要公里尺度的高精度动态测量，天眼锅面上2225个反射棱镜，通过多个激光全站仪来测量反射面板的实时位姿。”
他在记者的采访本上边画图边解释：三角面板的每一个角都有一个靶标，激光打在靶标上，确定靶标的坐标；确定天空观察方向后，以这个方向为轴，根据以轴为中心的抛物面，算出三角反射面每一个靶点的坐标；把原测得的坐标变为要生成抛物面的坐标，计算面板前后移动的距离，发送信息到面板下的液压拉杆，拉杆根据指令移动，再测，再调整；激光测距仪的激光打到吊舱的靶标上，电脑计算抛物面焦点位置，根据焦点的空间位置，吊舱位移，一直调到误差小于5毫米。
地球在转，跟着地球转动，保证吊舱一直盯住天球上要观察抛物面的焦点。
换一个观察面，每间隔10分钟到几小时不等。
“上千台电机，快速、动态、精准测量和控制。”?王启明说，这就是FAST。
200万次不断的拉索
2010年8月，王启明遇到了极大的困难。
当时定制了四种共12根拉索进行抗疲劳试验，试验做到几万次时，索就全部断掉了，而FAST的要求是，拉索要能当弹簧用，拉伸200万次不断裂。实验结果太糟糕了，王启明心急如焚。他找了国内很多家做拉索的企业，但无一敢接。
年底，王启明去广西南宁开会，同行向他推荐柳州的一家公司——欧维姆机械有限公司（OVM）。
柳州OVM公司的技术人员打来电话说：他们公司很重视这个项目，几个月来，做了很多实验。
王启明高兴坏了。OVM作为一家国有企业，可以先期进行技术和经费的投入。2012年初，OVM做出了满足FAST望远镜需求的拉索。王启明悬着的心，终于可以放下了。
“我一生最有精力的年华都在这里”
“凌空施工结圈梁……五百米圆，遥感万里光。”王启明组织的一次诗会上，他的同事朗诵道。
脚下圈梁的特殊设计，能保证它在任何温差下，都不会因热胀冷缩而变形。
凝望着这口“大锅”，王启明感慨万千。从2000年接触FAST到现在，是17年。从2011年3月25日FAST开工到2016年9月25日落成是2011天。
这里的每一寸地方，他曾无数次走过。从办公楼到“锅”底往返是7公里，走一次圈梁1.6公里。通常，他上午走“锅”底，下午走圈梁，或者，上午从反射面板的这头走到那头，下午继续走到锅底巡查。
他记得多年前的一次同学聚会，老同学问：“贵州那口‘锅’，到底建得怎么样了？”
他笑笑说：“这口‘锅’好大、好深。”
去年9月，FAST竣工后，同学们来看这口又大又深的“锅”。在这之前，好多个春节，他都是最后一个离开现场。
曾经，这里经常有数百人在作业，大锅“架”在洼地上，施工现场非常局促，施工人员、车辆及施工占用的场地经常会遇到干涉，作为总工艺师，他要做无数协调，种种焦虑，如今，已化作平静。
从39岁走到55岁，他一生最好的年华都在这里，这个世界瞩目的工程上。
在很多场合，他感谢FAST给了他机会。
“这些年，一步一步，不知不觉也就这么走过来了。”王启明说，“FAST凝聚了几代天文人的心血。”
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李菂。（受访者提供）
除了担任FAST副总工程师，李菂还是国家天文台射电天文研究部首席科学家、“千人计划”专家。1米75的个头，瘦削的脸，眼神特别专注，在镜头前，表情稍显严肃。但在每周的学术咖啡组会上，他常咧嘴笑。
18岁，他走进北大校园。30岁前，在康奈尔大学一直读到天体物理及射电天文专业博士毕业。回国前，他在美国哈佛-史密松天体物理中心做天文学者、在美国宇航局喷气推进实验室、加州理工学院做研究员，在天体物理领域已有多个重要的发现：命名了中性氢窄线自吸收，成为目前测量分子云中氢原子丰度的唯一可靠办法，也是测量星云演化时标的主要工具。他还首次发现了太阳系外空间中的分子氧气，离地球400光年。
长年做远程观测，在工地，或者开国际、国内电话会，他习惯了随时随地工作。
每天工作多长时间？
“挺长，具体说不上，这个职业的人都差不多。”他说。
他一般都穿休闲装，在工地，甚至穿拖鞋、背心。他习惯理平头，头发从2012年回国就白了，以他的年龄，头发白得有点早。
李菂在FAST现场的办公室刚刚启用。一张沙发，两张桌子，同事们养的一只黄白相间的猫，有时候会窜上书桌。墙上是到世界各地进行观测的照片。他喜欢FAST的夜景照：天眼四周，群山如黛；天眼之上，星汉璨烂。
究竟有没有地外文明？
“太阳系外的行星非常多，类地行星也非常多，存在地外生命的条件，这个是可以肯定的。人类是不是唯一的？这个缺乏证据。”他说。
他重要的书都放在办公室，家里小，两个孩子各占一间房，他没有属于自己的书房。
闲暇时，他看王小波、马尔克斯的书，最近尤其喜欢余秀华的文字，“天纵之才”，他说。
对话：FAST还要调试两三年 预计发现上千个脉冲星
广州日报：去年9月25日竣工以来，FAST的运行情况怎样？
李菂：世界大型望远镜，没有一个竣工就投入使用，最快也要两年才能投入正式运行。例如，澳大利亚的平方公里阵列探路者望远镜（ASKAP），2012年6月，所有天线就位，举行了竣工仪式；10月宣布正式开始运行。一年之后的2013年10月，才获得第一条谱线；2016年10月，有三分之一的天线调试完毕、可以协同工作，并开始了其早期科学计划。所以依照国际惯例和大型地面设备的规律，FAST至少再需要两到三年的紧张调试才可以出成果。
FAST的调试有大量等挑战，比如，现场供电有特殊性，电的干净程度要求特别高，高压滤波器正在升级改造。
FAST建在天坑上面，水进到岩缝里，产生压力，会造成岩石破碎，形成滚石。施工前的勘探中，有详细的危岩保护方案。?
预计发现上千个脉冲星
广州日报：FAST是不是边调试边收集数据？FAST对脉冲星和中性氢的观测目标是什么？
李菂：是的。采集数据本身就是调试的一部分。我们观测天空中的亮源，例如射电星系和脉冲星，标定系统温度、面型精度等望远镜性能。调试后期，我们期待开始产生新发现，包括脉冲星、吸收线等，当然需要经过严谨的验证和后续观察才能宣布。预计FAST未来会发现上千个脉冲星，实现中国相关领域的突破，并达到世界领先水平。利用脉冲星探测引力波等天体物理前沿领域，也是FAST的目标。
中性氢，也就是原子氢，是我们使用FAST望远镜探索银河系环境的重要目标。通过发现原子氢，可以发现新的星系、探索宇宙的演化历史和生命的起源。FAST也将搜寻新的星际分子，研究星际介质演化和恒星形成。
广州日报：FAST的观测范围有多大？
李菂：可以看到一半的银河系，往南最多可以看到天赤道以南十几度的天区，比之前的世界最大射电望远镜阿雷西伯（Arecibo）大两倍以上。
广州日报：FAST运行后，将怎么巡天？
李菂：FAST的特点和独特优势推动我们创建很有挑战性的巡天模式，即多科学目标同时扫描巡天：脉冲星搜索、气体星系搜索、银河系中性氢成像、快速射电源的搜索。世界上其他射电望远镜，还没有这四大目标同时进行，是世界上没有前例的开创。我们已经有了方案，做了实验，希望在FAST验收前，构建出比较有效的扫描巡天模式，提供给全国天文学者，产生系统性的发现和重大突破。
广州日报：巡天数据这么庞大的话，怎么存储、传输和处理？
李菂：FAST一年运行的数据是10-20个PB,?超过了科学院其他任何一个项目，也超过了贵州省银行数据的总流量。通过多方合作，我们正在搭建数据处理平台，希望今年年底、明年年初能建成。也在探索用神经网络和人工智能来进行大数据处理。
供全世界科学家申请使用
广州日报：FAST项目的国际合作情况怎么样？
李菂：FAST是中国自主创新的项目，而我们团队本身是国际化的，有各个层次的外国背景的天文学专家，包括教授、博士后、学生等。更有大量实质合作和交流，例如伯克利射电实验室主任去年两次在现场参与调试。及其天文学重大热点之一的快速射电爆发现人也来到现场交流，并开展进一步合作。这个月，脉冲星之母约瑟琳·贝尔会来访问。FAST正式运行后，按照国际惯例，将设有开放时间，供世界各国科学家申请使用。中国自主创新基础上的国家开放共享平台会成为一个常态。
广州日报：你是怎么跟FAST结缘的？
李菂：2008年，由中国科学院正式聘为作为项目科学家，参与了FAST的方案规划。2011年，与FAST首席科学家南仁东老师、工程团队一起发表论文，详细论述了FAST的整个工程概念及科学目标。2012年，我全职回国参与FAST一线建设。从2012年到2016年，我领导的重点基础研究项目（973）团队发表了270多篇国际一流（SCI)论文，取得了新毫米脉冲星，新种类星系微波激光源等重要发现，支持培养了50多个博士、8个博士后。
一定要避免电磁波干扰
广州日报：在FAST建设过程中，觉不觉得辛苦？
李菂：我是2015年担任副总工之后，才逐渐更多下工地，倒不会觉得辛苦。建设期间的临时板没有室内洗手间，没有热水。2016年冻灾时，从单独的澡房出来，头发上结一层冰碴。FAST工程团队常驻现场的很多人都比我辛苦多了。
广州日报：避免周边电磁波干扰，是不是世界上所有的射电望镜的难题？
李菂：没错。电磁波干扰甚至会闹笑话。十几年前，澳大利亚射电望远镜获取了疑似重大天文发现的信号，经过了数年反复核查，结果来自微波炉。一个手机放在月亮上，会成为天上最亮的射电信号。手机、相机、空调、LED、施工车辆灯，都是干扰源，成为制约FAST科学能力的主要因素。FAST相比此前世界最大的阿雷西博望远镜的主要优势之一就是更好的射电环境和保护。
这方面，我们非常感谢黔南州及平塘县政府的大力支持和配合。2016年9月由黔南布依族苗族自治州人民代表大会常务委员会通过颁布了FAST电磁波宁静区环境保护条例，明确了距FAST 5公里之内的核心区禁止建设与环境保护和射电望远镜无关的项目，并关闭已建成的项目。由地方政府主导的移民项目也进展顺利。这些都是FAST能通过验收，领先世界的必要条件。
