中國電科SKA天線團隊: “星月”的“神話” 在他們手中創造
中國電科SKA天線團隊: “星月”的“神話” 在他們手中創造

文章來源:中國電子科技集團有限公司 發布時間:2023-10-11
宇宙中的星系歷經了怎樣的演化?地外文明是否真的存在?自古以來,人類對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鏡)國際大科學工程或將給出答案。
SKA是由全球多國合資建造和運行的世界最大規模綜合孔徑射電望遠鏡,被稱作“地球巨眼”,其臺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域。建成后,總接收面積達1平方公里,相當于140個足球場的面積,將比目前最大的射電望遠鏡陣列靈敏度提高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,探尋孕育生命的新搖籃,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進入建設階段以來的首臺中頻天線,在中國電科網絡通信研究院(中國電科54所)工程現場,正式吊裝。作為SKA反射面天線工作包聯盟的牽頭單位,中國電科網絡通信研究院聯合團隊內部來自南非、意大利等國的科研及工業機構,將共同完成SKA天線結構工作包天線的建設任務。一個與國際接軌、正在快速成長并走向成熟的SKA天線團隊應運而生。
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平米的外場小房屋。“恒星具有穩定性,為了精準測試伺服跟蹤精度,我們選擇在夜晚至凌晨進行觀測”,SKA天線團隊伺服設計師耿旭光說。傳統的觀測方法不適用于SKA天線的觀測,耿旭光用類推的方法,在傳統觀測法的基礎上,調整為用光學望遠鏡做天線的指向標校。新方法、新設備的出現無疑點燃了天線團隊技術突破之路上的一盞燭火,同時也給技術人員帶來了新的挑戰。
“一定能搞定!”白天翻閱資料、調試研究,夜晚開始多輪測試,從太陽落山到早上五點,眼睛對屏幕必須“寸步不離”,隨時做好發現問題、現場解決問題的準備,不大的房屋里常常擠著三臺電腦三個人。“那段時間跟我們在一起的,不是家人,而是設備和星星。”耿旭光回憶說。
觀測星星,不只需要“金剛鉆”,還離不開“天公作美”。一天,太陽落山后,副總設計師楊晉蓉和耿旭光照常到達現場準備測試,卻發現云層較厚,無法正常觀測,可時間寶貴,明日何其多,哪怕有萬分之一的觀測機會,哪怕只有一小時的觀測窗口,也值得付出等待。此時正值盛夏,夜晚的天氣依舊悶熱難耐,還要時刻防備著蚊蟲的偷襲,驅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。楊晉蓉打趣道,“我們就是一個看星星的團隊,只要星星‘上線’,我們就要出現!”
楊晉蓉(后)耿旭光(前)正在進行光學指向測試
經過了數月的觀測,分析處理數據、總結經驗方法,經過了數十次指向模型的迭代,終于振奮人心的消息出現了——“指向精度值達標了,這個方法可行!”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!再爬點兒桿”,這是在SKA天線攝影測量外場的工作人員常常聽到的一句話。攝影測量采集的數據越準確,越能確保天線的精度和靈敏度。高精度的天線攝影測量必須在較暗光線下進行,所以與大多數人的朝九晚五不同,天線工藝師程志峰的工作基本從晚上六七點鐘開始,一直持續到深夜兩點左右。而與眾不同的,不只是他的工作時間,還有他的干活地點。
程志峰正在進行高精度天線攝影測量
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,一邊單手操作數字攝影測量儀器采集數據,這就是程志峰的工作“日常”。為確保測量條件,晚上開始測量時,他會關掉所有吊車燈,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,要精準地對天線進行攝影測量,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”,經過上千次的測量,程志峰已游刃有余。上上下下走七列,再對天線做環繞式測量,這是他的一套“標準動作”,長年如一日,只為達到最精準的測量指標。
迎接技術評審時,在穿著羽絨服半個小時就凍透的隆冬,程志峰和團隊披著一身軍大衣在室外作業,每天十幾個小時,一干就是兩個多月。測量數據存在誤差是常見的事,但為了得到最精準的數據,程志峰常常在零下二十度的寒夜,多次重復著“七上七下,環繞一圈”的動作,反復找問題、調整、測試,以獲取完美數據。天氣不總是盡如人意,但最終的評審數據卻一如平常,獲得了令人滿意的結果,為SKA中頻天線達到高指向精度和靈敏度打下扎實基礎。
“操作要規范,方法要正確,數據要可靠,產品要經得起考驗”,這是程志峰時常對徒弟的教導,也是他的工作原則與秘訣。
團隊中的“硬核”計算達人
SKA中頻天線硬件設計師王超,是SKA天線團隊中為數不多的女工程師。項目到關鍵節點,團隊中的每一個人都在爭分奪秒與時間賽跑,辦公室桌子上擺放著大大小小的電腦和厚厚的材料,黑板上時常留下討論時勾勾畫畫的痕跡,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“死磕”的勁頭兒。
王超(左下)與同事在暗室測試饋源性能
電磁性能是SKA中頻天線的重要指標,如何在短時間內計算分析并生成大量數據是一個難度不小的挑戰,對她來說,電磁性能的計算與分析,像一片海洋深不見底,找到一個突破點就要一直做下去。一個人,三臺電腦,幾近瘋狂地計算,她與數據的拉鋸戰就此拉開。其中遇到的困難自然也是數不清的,為了解決其中的問題,不拖項目“后腿兒”,她甚至吃飯走路都在不自覺地思考。關鍵時刻,她干脆自備了一個行軍床,睡在夜晚空出來的辦公室。功夫不負有心人,半個月后,她和團隊得到了SKA天線電磁性能以及面型精度完美計算與分析的數據。
“電磁性能計算分析達到完美效果時,讓我非常有成就感,這種成就感是一直支撐我走下去的動力。”王超在自己的專業領域付出著努力,也收獲著價值,這是屬于她的“奮斗”,也是SKA天線團隊每一位青年的奮斗縮影,以技術之長解決專業問題,用絕不認輸的志氣,為“大國重器”蓋上青年印章。
一個天線能接收到信號的能量很小,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星空的聲音。就像SKA天線團隊一樣,“SKA不是一個人能干成的,靠的是集體的力量。這里每一個人,都主動為團隊著想,他們都做到了最好的自己。”SKA中頻天線項目總設計師杜彪說。
【責任編輯:俞昭君】