【青春華章·向西而歌】廢棄木工廠裏走出星辰之志：西電團隊助“中國天眼”叩問蒼穹
中國青年網西安9月28日電 (記者 代紅玉 見習記者 張瑤)“如果把天眼比作觀察宇宙的眼睛，饋源艙就是那枚精準捕捉光線的眼球。”在西安電子科技大學博物館，500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)的微縮沙盤與背景的璀璨星空相互映射，引發人們的無盡遐想。
FAST工程由中國工程院院士、西安電子科技大學機電工程學院段寶巖教授領銜參與建設，歷時30餘年探索，團隊不僅提出了光機電一體化創新性設計方案，更突破了饋源與反射面的剛性支撐模式，實現了結構性創新。令人意外的是，這隻以毫米級的定位精度捕捉百億光年外脈衝星信號的超級工程，其關鍵技術的驗證竟起步於一個廢棄木工廠。
西安電子科技大學博物館中的FAST微縮沙盤。西安電子科技大學供圖
“那裏遍地泥濘，主控室就是個廢舊廠房”
在1993年國際無線電科學聯盟大會上，中國天文學家們提出，要建造一個大型的射電望遠鏡陣列，即平方公里陣列望遠鏡(SKA)的構想時，段寶巖院士便開始了創新路徑的探尋。1995年，他在貴陽會議上提出了關於中國500米口徑大射電望遠鏡光機電一體化的創新設計方案，首次為“天眼”繪製了技術藍圖。但這一構想在當時近乎“天方夜譚”，因為全世界還沒有多根大跨度柔索並行控制的工程先例，專家多持觀望態度。
“如果採用世界上已有的大口徑射電望遠鏡的方案，饋源系統將會達到上萬噸，工程造價極高，穩定性也很差。”FAST工程參與者、西安電子科技大學段學超教授坦言，團隊直面的是“如何將饋源系統的質量降下來”這一世界級難題。傳統方案之所以“重如泰山”，源於其類似起重機吊臂這種“剛性支撐”的底層邏輯，而西電團隊的六索柔索控制的方案，走的是風箏線牽引般“以柔克剛”的路徑。段學超用陝西皮影來形象解釋，就像皮影戲是用幾根繩子牽引每個部位，讓人物做各式各樣栩栩如生的動作，FAST饋源支撐系統則是用電腦操控六根繩索，進行末端定位。要讓理論方案落地為實際應用，前期的驗證環節便是打通構想與現實的關鍵樞紐。
團隊在沙井村原廢棄木工廠搭建的50米模型。西安電子科技大學供圖
2002年，段學超加入團隊時，項目正處於50米模型驗證的關鍵期。在此前室內5米模型實驗的基礎上，項目團隊選址西安沙井村，在室外進行擴大實驗。“實驗場曾是生產課桌的木工廠，遍地泥濘，六根用鋼筋混凝土建的懸索塔旁還有遺留堆積的廢木料。”段學超回憶，團隊師生選用滑輪、電線、四伏電機等最原始的材料，親手穿線布管，並用早期的DOS操作系統敲代碼，編寫控制程序。
“那時的主控室是一個廢舊廠房，寒冬裏計算機常因低温無法啓動，夏日高温又讓電路板頻頻死機，環境非常艱苦，但大家都鉚足勁兒去攻克難關。”最讓段學超印象最深刻的是，為攻克鋼絲繩多圈卷繞後形成的弧度影響索長計算精度的棘手難題，團隊師生拿着木棍，在鋼索上反覆碾壓矯正，一點點將彎曲的鋼絲繩捋直，“是真正的手工級操作”。
團隊在FAST進行實地調研。西安電子科技大學供圖
“科學有很多的未知性，在反覆實驗的過程中，大家都是捏把汗的。”段學超坦言，為還原出仿真過程中計算的精度和穩定性，團隊不斷優化節點佈局，最終，將饋源艙的重量由萬噸降低到不可思議的30噸，實現了饋源的毫米級動態定位精度，解決了FAST項目最大的難點。
多年後，輕型索拖動系統被總結成FAST三大自主創新中最為關鍵的一個，在世界同行眼裏被譽為“變革式創新”，而廢棄木工廠寒夜燈光下師生們跪在地上一遍遍調試的身影，成為了項目參與者共有的難忘記憶。
“服務於國家重大需求，這讓我們感到很自豪”
自2016年9月落成啓用，截至2024年11月，FAST已發現脈衝星1040餘顆，超過同一時期國際其他望遠鏡發現脈衝星數量的總和，開展了中性氫巡天任務，構建並釋放了世界最大的中性氫星系樣本，同時，在快速射電暴起源及納赫茲引力波探測等領域取得了一系列具有國際影響力的重要成果。
“背後離不開一代代西電人持續的接力攻堅。”從初出茅廬的研究生，成長為電子裝備領域的專家，段學超坦言FAST工程是他蜕變路上的關鍵一站。項目攻堅中，段寶巖院士率先垂範，仇原鷹、陳光達、杜敬利、趙克、保宏等教授陸續加入，段學超從一批批科研工作者身上讀懂了“堅持”二字的千鈞分量：段寶巖院士要求在建工程模型之前必須有精確的數理模型，這份執着讓“重視數理基礎”成為刻進團隊血脈的準則;陳光達教授作為硬件總工，在寒冬裏手凍得通紅，仍堅持用電吹風一遍遍烘烤，喚醒因低温“罷工”的計算機;保宏教授在無數個深夜裏與代碼為伴，反覆調試優化，成功改寫進口測量系統的源代碼，讓“水土不服”的進口設備變得易用又可靠……
前浪拓路，後浪奔湧。當“中國天眼”持續拓展人類觀測邊界時，團隊並未止步於“發現”，而是帶着沉澱的技術經驗繼續“創造”。段學超介紹，團隊目前主攻的“逐日工程”——空間太陽能電站計劃，將FAST的機電耦合等設計思想應用於太空聚光器控制。“就像FAST用六根懸索控制饋源艙，‘逐日工程’是用三根懸索讓聚光器始終對準太陽，把太陽能轉化為微波電能傳回地球，從而‘向太陽要熱量’”段學超進一步闡釋。
“逐日工程”空間太陽能電站地面驗證系統。西安電子科技大學供圖
這種從仰望星空到改造世界的跨越，讓FAST的索驅動技術在民生領域展現出巨大實用價值。“逐日工程”收集的太陽的能量，不僅能給飛艇、無人機充電，解決特殊區域的能源難題，還能在地面構建智慧能源網，優化能源分配。此外，通過空間照射還有望改變颱風走向以減少災害，同時為地面緩解能源短缺，多方位助力民生改善。
“每一代人有每一代人的長征路，每一代人也有每一代人的‘婁山關’和‘臘子口’。”段學超説，過去，西電的前輩們是解決革命當中的通訊問題，現在團隊是解決重大基礎設施當中的工程技術難關。“無論是FAST還是‘逐日工程’都是服務於國家重大需求，這是讓我們感到很自豪的事情。”
記者：代紅玉 張瑤(見習)
策劃：楊月 代紅玉
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