“中国天眼”有多牛?FAST总工程师姜鹏为你解读

2021年3月31日,“中国天眼”(FAST)正式向全球天文学家开放。“中国天眼”是什么?它是我国具有自主知识产权、用于探索宇宙的单口径球面射电望远镜。有了它,可以推动对宇宙深空的了解与探测,为天文学的发展提供新的可能。

“中国天眼”有多大?它口径500米,发射面积相当于30个标准足球场那么大。如果在里面倒满矿泉水,全世界70亿人平均每人可分4瓶。它能看多远?能看穿130多亿光年的区域,接近宇宙边缘。目前,“中国天眼”是世界上最大的也是最灵敏的单口径射电望远镜。

借鉴抛物面天线原理,从地球聆听来自宇宙的信号

“中国天眼”的学名是500米口径射电望远镜。不同于常见的通过可见光进行观测的光学望远镜,射电望远镜通过接收宇宙中不可见的无线电波来“观测”宇宙。我们上方厚厚的大气层有两个“窗口”: 一个是可见光窗口,千百年来人类都是通过这个窗口观测宇宙的;一个是无线电窗口,上世纪30年代,无线电天文学先驱卡尔·央斯基偶然发现了来自银河系中心的信号,射电天文学的大幕由此拉开,推动人类认识宇宙起源、生命起源。

“中国天眼”是当今射电天文学的“重器”。其基本原理是什么呢?我们都知道,平行电磁波遇到抛物面反射后会汇聚到焦点的位置。对射电望远镜来说,把反射面做成抛物面的形状,然后在焦点位置放置一台接收机,就可以汇集天体发出的电磁波信号,从而进行天文观测。抛物面的面积越大,汇集的信号就越多,也就越能探测到更暗弱、更遥远的天体。所以,自卡尔·央斯基意外发现射电天文观测窗口之后,各国天文学家就一直致力于建造反射面尽可能大的巨型射电望远镜。

与此同时,伴随人类对无线电的大规模使用,产生了越来越多的无线电波,干扰了人类对太空信号的接收。在1993年国际无线电大会上,包括中国在内的多个国家提出倡议,希望在地球电磁波环境被破坏之前,建造出超大口径的射电望远镜。次年,以南仁东先生为代表的中国科学家开始“中国天眼”的探索,开启了“把不可能变成可能”的征途。

难度大、突破多,“中国天眼”在灵敏度上占据制高点

到底能建口径多大的望远镜,取决于最终找到多大的洼地。适宜的洼地非常难找,因为它要同时符合四大条件。首先要足够大、足够圆,否则只是开挖和支护成本就会让这个项目无法实现;其次,要远离人口密集区域,这样才能保证优良的电波环境;再次,不能积水,不然设备寿命难以保证;最后,还要有优良的地质条件,否则无法建成大型、高精度的天文观测设备。

从1994年到2006年,南仁东带领团队,从8000多幅地图中选出300多个洼坑,再进一步将范围缩小至几十个。团队几乎走遍这些洼地,现场踏勘,风餐露宿。最终,将台址定在贵州平塘县克度镇的大窝凼洼地。

台址确定后,如何设计、如何实现、建成之后如何调试和使用,都没有现成经验可以借鉴:关键技术无先例可循、关键材料需从头研制。

“中国天眼”设计不同于世界上已有的单口径射电望远镜,这首先体现在“视网膜”和“瞳孔”的设计上。“视网膜”指反射面;“瞳孔”指馈源舱,即放置接收宇宙外信号装置系统的舱体。

作为世界首创,“中国天眼”的“视网膜”是主动反射面,可以改变形状,一会儿是球面,一会儿是抛物面。具体来说,这张庞大的可动的“视网膜”是一张由6670根钢索编制的索网,挂在一个由50根巨大钢柱支撑的直径500米的圈梁上;索网上铺有4450块、380多种反射面单元;索网下方是2225根下拉索,每一根下拉索都被固定在地面上的作动器上,通过操纵作动器,拉动下拉索来改变索网形状,从而对天文信号进行收集和观测。

“中国天眼”的“瞳孔”即馈源舱,也是一个大胆的突破性设计。大多数传统射电望远镜的“瞳孔”位置是固定的,或仅可以微调。“中国天眼”则完全不同,采用的是全新的轻型索驱动控制系统,这让“中国天眼”的“瞳孔”可以自如改变角度和位置,更有效地收集、跟踪、监测更丰富的宇宙电磁波。

从体量来说,原世界第一大射电望远镜的馈源舱重1000多吨,“中国天眼”馈源舱重仅约30吨。体积小带来多方面的优势,比如可有效减少光路遮挡、减少干扰信号,从而让波束非常干净,更有利于天文观测。

“中国天眼”在设计上的突破创新,为“从图纸到现实”的制造带来巨大挑战。而应对挑战的过程,也正是国产精准制造不断创造奇迹的过程。比如,要实现反射面(即索网)可改变形状这个世界首创设计,要求构成索网的钢索像弹簧一样有一定伸缩性,疲劳强度是现有标准的两倍多,国际上未有先例;还要求每根钢索的加工精度要达到1毫米,把传统标准提升了一个数量级。

两年来,科学家们持续全方位地改进索体工艺,一根钢索要进行200万次疲劳实验。经历了近百次的失败后,最终成功解决了这个关键问题,实现了3项世界创举:超大跨度、超高精度、主动变位式的索网结构。

建设完成之后,“中国天眼”进入调试阶段。巨型望远镜调试涉及天文、测量、控制、电子学、机械、结构等众多学科,是强交叉学科的应用性研究,国际上传统大射电望远镜的调试周期很少低于4年。“中国天眼”开创了新模式,其调试工作也更具挑战性。

截至目前,已经实现跟踪、漂移、运动扫描、编织扫描等,提前完成功能性调试。在性能调试方面,“中国天眼”直径500米,却要实现毫米级的精度,难度相当大。当前,望远镜测量基准网的精度已提升至1毫米以内,其中,灵敏度水平是世界第二大望远镜的2.5倍,这是中国建造的望远镜第一次在灵敏度这个参数上占据制高点。另外,19波束已经完成安装,其意义也非常重大:可将望远镜视场扩大至原来的19倍,大幅提升望远镜的巡天效率。

“中国天眼”专利技术被运用于多个领域,持续孵化科学新成果

“中国天眼”团队敢想敢做,难度大、挑战大,其设计、建造的过程既是攻坚克难的过程,也是创新性成果相继产生的过程。许多具有我国自主知识产权的专利技术相继诞生并得到应用。比如,超高疲劳性能钢索结构被应用于大型体育场馆,高精度索结构生产体系被应用于港珠澳大桥等建设。

在整个制造、安装过程中还产生了许多国家级、省级工法。比如,在为“中国天眼”铺设“视网膜”过程中,4450块反射单元、6670根钢索、上万个关节轴承,都是工人们在几十米高空一块块、一根根、一个个拼装完成的,容错率为零。这些复杂工法将有助于未来大型复杂项目的精准建造。

可以说,“中国天眼”是一个现代工程奇迹,它凝结了20多个科研机构、上百名科研人员的心血,汇聚了几千名一线工人的汗水。建造条件艰苦,很多人在现场工作几天,身上就会起满红疙瘩。潮湿、阴冷的工棚没有空调或暖气,每个人的被子潮湿得快要挤出水来。常有人说,只有中国才能做成“天眼”,我想,做成“天眼”所依靠的,就是这种永不言弃、众志成城的精神。

2017年10月,“中国天眼”首批科学成果公诸于世。如今,基于“中国天眼”数据发表的高水平论文已有70余篇;所发现的脉冲星数量已超过300颗,是同一时期国际上所有其它望远镜发现数量总和的3倍。为什么发现脉冲星至关重要?脉冲星是正在快速旋转的中子星,密度极高,每立方厘米重达上亿吨。它自身如灯塔一般散射光芒,时时刻刻地扫描着宇宙;它自转速度很快、自转周期精确,堪称宇宙中最精确的时钟。因此,把握脉冲星,有利于建立“宇宙导航系统”,有助于人类在未来实现星际旅行的梦想。

接下来,“中国天眼”将进一步在低频引力波探测、快速射电暴起源、星际分子等前沿方向加大探索,加强国内外开放共享,推动重大成果产出,勇攀世界科技高峰。我们青年一代科学家也将努力“用”好凝结了中国4代科学家心血的“天眼”,产生更多科研成果,推动人类对宇宙的探索和认知。(本文作者为FAST总工程师)

图片分别为延时拍摄的FAST上空的星轨,以及建于贵州大窝凼洼地的FAST。中国科学院国家天文台供图
https://t.cn/A6cEZGxU

【北京“送外卖”副处长转战网约车,司机一番话让他大吃一惊】近日,“副处长体验送外卖”火出圈。这位“网红”副处长王林,在体验完送外卖后又转战另一个体验“新战场”。

在北京卫视播出的系列纪录片

《我为群众办实事之

局处长走流程》中

人社局副处长王林

化身乘客调研

网约车司机社保现状

开网约车

一个月能挣多少钱?

在调研中

面对王林的提问

司机们表示:

“每个月到手8000多元。”

“早上(开)四五个小时,晚上(开)三四个小时,一天挣400元左右。”

“想多挣几个钱,最起码一天得十三、四个小时,不跑这么长时间挣不着钱。”

在调研过程中

王林认识了司机小杨

他开网约车三年了

小杨有一个梦想

为了梦想

他更愿意把钱攒在手里

为了梦想

他甚至不愿意休息

小杨的一些真心话

让这位副处长很吃惊

随即陷入了沉思

小杨说

自己以前干过

服务员、保安、修空调

之所以选择开网约车

因为这比别的工作挣得多

“你要挣到钱的话,

就要开12小时以上。”

小杨说

一天对他而言最重要的

是早高峰和晚高峰

因为价格相对来说会高一点

当王林问

多长时间会休息一下?

小杨毫不犹豫地回答:

“我不会休息。”

理由是

“休一天就少好几百元,

后面一个月都跑不回来。”

当王林疑惑

如此高强度的工作

小杨是怎么坚持的?

他这样回答:

“你就必须要坚持,

一天坚持不了,两天坚持不了,

这个你就没法干了。”

不过

为了减轻司机工作强度

网约车平台有规定

计费时长满4小时

强制休息20分钟

这也为了防止疲劳驾驶

但这种保障

在小杨看来,却是一种束缚:

“时间就是金钱,

车停着挣不了钱。”

“不想休息,只想挣钱,

开10个小时我都不累,

连续开我也不累的。”

直到晚上10点

辛苦了一天的小杨

才收车回家

他仔细地擦拭着

自己赖以为生的车子

为了节省成本

他使用的电动车而不是燃油车

“电动车充电一个月

能省一两千块钱。”

精打细算的小杨

却没有上医保或者社保

“保什么咱不懂,

该交多少钱咱也不懂,

去哪上也不知道。”

小杨给出了一些现实理由

但当王林追问

如果提供一个顺畅的社保

缴纳渠道,他会不会上?

小杨的回答让王林吃了一惊

“我不会去上,

没有考虑过这个问题。”

小杨坦言,自己觉得

当下最重要的就是

“挣钱、存钱”

挣钱回老家开个理发店

实现这个梦想需要存5万元

“我觉得今年就可以实现。”

他笑着说

这些真心话

让人社局副处长王林

陷入了沉思

他有了新的认识:

“年轻的新业态从业人员,

还是更愿意

把钱实实在在地握在手里,

对他们来说社保还是有些遥远。

但一些基础保险,

比如职业伤害险,

面对突发意外情况,

还是会及时有效地解决问题。

对于行驶在路上的他们来说,

是很有必要的。”

回到本职工作后

王林根据自己的真实体验和感受

着力推动支持与规范

“新业态”方案落地

推动平台企业完善

对网约车司机的关怀和保障

延伸阅读:
副处长“送外卖”,更利于解决民生痛点
4月27日,北京卫视《我为群众办实事》播出一期“副处长送外卖”的节目,节目中,北京市人社局劳动关系处副处长王林拜师“外卖小哥”,体验了一天送外卖的生活。忙完一天,王林感慨:“太委屈,这个钱太不好挣了。”

这个钱确实不好挣。节目中,王林副处长匆匆忙忙接单,骑着电动车还被汽车夹在道路中间,当他一屁股坐到马路牙子上感慨的时候,其实已经有了一种“终于结束了”的幸福。

王林一天的经历,是每一个外卖小哥的日常,他们的汗水在衣服上凝结成碱,他们一直在不停奔跑,为的是能够按时送达并多送几单……一天的基层体验,让这位副处长触摸到外卖行业真实的工作生活状态。

这样让人“流淌汗水”的经历,无疑弥足珍贵。任何公共政策的制定、制度法规的落实,都需要这样在地的体验。这也提醒有关各方,各级领导干部需主动作为,到生动的现实中去,到真实的一线中去。只有深入基层,与民众同甘共苦,才能更及时地发现社会痛点,进而在制定政策、执行政策时,更有针对性,切实解决外卖骑手群体的难处。

这些年来,随着共享经济的快速发展,外卖、快递等行业日渐发展成为一个庞大的产业,外卖骑手、快递员这种“灵活就业人员”,也成为一个颇具规模的群体。如何针对此类新就业形态特点,制定能够切实保障劳动力权益的社保政策,一直是治理者关注的问题。

从宏观政策层面看,关爱外卖骑手已成社会共识。此前,最高法、国家发改委等部门曾联合发布意见,称要加强对网约工、快递员等新业态从业人员权益的司法保障。而自去年始,外卖小哥也以“网约配送员”的名义成为人社部、市场监管总局和国家统计局正式发布的新职业之一。

今年的政府工作报告亦明确指出:“支持各类劳动力市场、人才市场、零工市场建设,广开就业门路,为有意愿有能力的人创造更多公平就业机会。”

政策的方向已经非常明确,不过具体到各地的实施层面,仍有必要多一些体察和了解。可以说,身为北京人社局劳动关系处副处长的王林,此番亲身体验,也将使其在以后参与外卖行业政策制定时,更能“对症下药”。

事实上,北京也一直在致力于改善外卖等相关从业人员就业环境。北京市委改革办相关负责人就表示,北京正在研究一些政策措施,解决快递员、外卖小哥等人员社会保障不够完善、合法权益保障难等问题。

相信,随着外卖骑手权益被越来越多地关照,不论是地方政府还是企业,更多切实有温度的创新治理措施也将会逐渐出台。

从实践中来、到实践中去,王林副处长的基层调查研究,引发了舆论的关注,这也是一种启示:相关政策制定、执行部门多一些“眼光向下”,多一些实际体验,如此,方能知民情、解民忧、暖民心。

每一份工作都不容易,每一个职位都不简单。外卖小哥是这样,体验“送外卖”的副处长也是这样。惟愿通过这样的“送外卖”等等体验,相关部门能够出台更切实的措施,为从业者办更多实事,让更多人感受到政策的温度。

《迪迦》的制片人笈田雅人在1997年8月迪迦结局播出前接受《Hobby Japan》杂志的采访,他回忆了前三个季度(1~39集)的拍摄历程,亲自见证了这部作品如何从电视台最初预订的半年番延长至年番。如果迪迦没能取得成功,本作将按照合同在30集内结束,大约是现在新生代的篇幅。
实在是睡不醒 译

HobbyJapan、1997年第8期 No.338、第64~65页:
“在不断地试错中,第1季(3个月分。13集:1~13集)是最痛苦的。我是1965年出生的奥特世代,但我想有时候我切实感觉到这不是奥特曼啊。本应该有那种自信,然而,越试越发现不知道哪个是正确答案。满田穧专务提出了初期走怪兽路线的方案。这是恐龙型的正统派的东西。第3集的剧本完成的时候,电视台提出意见说这不是第3集的故事。我和编剧小中千昭桑匆忙谈了谈,我也提出了宇宙人的故事会更好的意见。在『奥特曼』中也是第2集出现了巴尔坦星人。小中桑也说要做,于是基里艾洛德人就诞生了。一边想着不想创作出蹩脚的故事,一边一集一集地战战兢兢。赞成和反对的意见都有,但反方人数更多。从制作体制来说,当时我还在营业部工作(今年4月起调动到制作部),所以在现场的工作人员看来,我就是个外行。
在第2季(14~26集)中,开始加强娱乐性,总之是要走怪兽的王道路线,是娱乐性很强的故事吧。怪兽也好、宇宙人也罢,都要拿出精彩的场面。对于观众来说,我觉得阵容变得很豪华。当初的合同是30集,这是30集是否会终结的决定成败的紧要关头,是在年末左右吧。在此如果不能取得收视率的话,节目就结束了。我想工作人员也是相当不堪重负的。托您的福,收视率不错。
在第3季(27~39集)中,以『呼唤…』为首的招致争议的作品出现了。第2季是制作方的决胜时刻,因为也有延长的可能,所以无论如何都想让观众看下去。在我心中,奥特曼的王道是直接爽快的故事,但是在延长决定后,在还能拍摄的时候,我希望在可能拍出更有深度故事的情况下,拍得更有深度。到第2季为止,TPC和世界观的基础已经形成了。对此反驳或疑问、提出作家性强的东西只能是在第3季。我们想要提出被奥特曼击中的各种各样的主题。在『呼唤…』中,迪迦=大古所言的「这就是答案吗」的部分并非答案,而是解决问题的出发点。迪迦是什么?在那里,能够看出大古的意识相当强烈的地方。大古虽然拥有作为奥特曼的资格,但还没有找到坚定的答案。关于这一点,我想决定要打破砂锅问到底。”


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