南仁东：一个望穿天际的大工程家和大科学家

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　文/吴越

　　2017年9月15日，72岁的南仁东在美国治疗肺癌时去世，让科学界深感震痛。之所以如此，就是南仁东不仅是科学家，而且绝非一般科学家。他是我国著名的天文学家，是国家重大科技基础设施建设项目——500米口径球面射电望远镜（FAST）工程首席科学家。从这个意义说，他更是大工程家。南仁东的不幸逝世，乃巨星陨落，使我国天文学界失去一位泰斗。 　　富有传奇的人生
　　出生于1945年南仁东，有着颇富传奇人生的色彩。他经历“文革”动乱，从清华大学电子工程系毕业后，在东北的一个无线电厂一干就是十年。改革开放后，他代表中国天文台的专家曾在国外著名大学当过客座教授，做过访问学者，还参加过十国大射电望远镜计划。
　　南仁东是1963年吉林省的高考理科状元，考入清华大学无线电系，“文革”之后，在北京天文台读天体物理的研究生。
　　南仁东是一个爱好艺术和哲学的科学家，尤其喜欢画画，在日本国立天文台访学期间，创作了一幅油画《富士山》，至今仍挂在该校教学楼的大厅里。据FAST工程副经理张蜀新回忆：“有一次我问他，为什么反射面周围的六座百米支撑塔要等间距排布，打乱排不是能减少很多工作量吗？结果他就一句话，‘那样不好看’。别看他忙，但做PPT特别讲究，有一次开完会其他单位的人问我，你们是请专人帮忙设计PPT吗，怎么版式那么好看？其实都是南老自己做的。”
　　FAST工程调试组组长姜鹏回忆说，他来天文台面试的时候，并不知道南仁东是谁，“只是感觉到他强大的气场，一看就是‘头儿’，甚至有点像‘土匪头儿’”。从上世纪90年代开始筹划FAST项目时，南仁东就一直留着一撮小胡子，过了20多年，头发和小胡子都已变得花白。在工地上他随意地穿着大汗衫，鼻梁上架着近视镜，后来改成老花镜，回北京又变回了时髦老人，有时候回到校园给研究生上课，他会穿花衬衫和牛仔裤，有一次还穿了条很潮的皮裤。出国参加学术会议也很注重形象，要带一箱子衣服去。
　　“因为喜欢艺术，他和一般科学家不太一样，想法不受拘束，很有想象力，经常会冒出很多创新点出来。”FAST工程接收机与终端系统高级工程师甘恒谦如是说。也许正是因为南仁东喜欢艺术，让他和一般科学家不太一样，想法不受拘束，很有想象力，经常会冒出很多创新点出来。也许正是他富有传奇人生的经历，最终使他成为一个顶级天文学家。 　　23年坚守一个梦
　　“南老师20多年只做了这一件事。”南仁东的同事和学生们如此评价。为了FAST工程，南仁东曾舍弃在国内一年工资等于国外一天的高薪回国，赤子情怀跃然人前。
　　南仁东的同行老友清楚地记得，24年前的1993年，在日本东京召开的国际无线电科学联盟大会上，科学家们提出，在全球电波环境继续恶化之前，建造新一代射电望远镜，接收更多来自外太空的讯息。南仁东跟同事说：“咱们也建一个吧。”当时，没有多少人看好他的这个设想。能不能找到合适的地方？施工难度能不能克服？这些都是未知数。南仁东带着300多幅卫星遥感图，跋涉在中国西南的大山里。他要寻找当地的窝凼——几百米的山谷被四面的山体围绕，正好挡住外面的电磁波。
　　有的荒山野岭连条小路也没有，当地农民走着都费劲。但访山归来，南仁东心里有了底，正式提出利用喀斯特洼地建设射电望远镜的设想。但能不能筹到足够资金，南仁东心里却没底。有那么几年时间，南仁东成了一名“推销员”，大会小会、中国外国，逢人就推销自己的大望远镜项目。“我开始拍全世界的马屁，让全世界来支持我们。”他一度这样自嘲。
　　每一步都关乎项目的成败，他的付出有时甚至让学生们觉得“太过努力了”。连夜要赶项目材料，课题组几个人就挤在南仁东的办公室，逐字逐句推敲，经常干到凌晨。FAST项目副总工程师李菂说：“南老师的执著和直率最让我佩服。担起首席科学家和总工程师各种职责，推动了世界独一无二的项目。”
　　度过了举步维艰的最初10年，FAST项目渐渐有了名气，跟各大院校合作的技术也有了突破性进展。2006年，立项建议书最终提交。通过最后的国际评审时，专家委员会主席冲上前紧紧握住南仁东的手：“You did it（你做成了）！”
　　在FAST现场，令人能由衷感受到“宏大”两个字的含义。而在10多年前，这样的图景在南仁东的脑海里就已经成型。他要做的，是把脑海里成型的图景变化为现实。工程建设过程中要做锁网变形，既要受力，又要变形，在工业界没有什么现成技术可以依赖。国家标准是10万次伸缩，而FAST需要200万次的伸缩，南仁东自己提出的特殊工艺支撑起FAST的外形。 　　“天眼工程”成现实
　　23年磨一剑，南仁东最终让“天眼工程’成为现实。
　　在技术层面，数千块单元组成的球面主动反射面技术是由南仁东主导的FAST最大创新点之一。主动反射面技术在以往的射电望远镜中虽已有应用，但都用在小范围的改变上，目的是通过改变单元反射面的位置来保持整个反射面的抛面形状，而FAST的反射面要进行大范围的运动，每一个单元反射面的作用是要将球面改成抛物面，通过主动的变形实现对天体跟踪式的观测。而要实现这种跟踪观测，对反射面上空的馈源舱定位精度要求很高。目前规模世界第二的美国阿雷西博射电望远镜球面口径为305米，由100米高的三座铁塔支撑着一个重达500吨的三角形平台和可移动馈源臂，以及下方悬挂着的重75吨的圆屋组成馈源舱，专业人士都知道，305米口径的望远镜，这个平台的长度大概在百米量级，如果我们500米口径的望远镜仍然采用这种结构，平台长度至少要达到250米，这个不太现实。
　　据FAST工程接收机与终端系统高级工程师甘恒谦介绍，FAST的馈源舱使用了名为“轻型索拖动馈源支撑系统”的新设计方案，由六座支撑塔吊起六根钢索，通过索长度的收放，调节馈源接收机与发生形变的反射面之间的相对位置关系，实现高精度定位。FAST的馈源舱平台重量仅为30吨，移动起来非常灵活，与德国波恩100米望远镜相比，FAST的灵敏度提高约10倍，与阿雷西博望远镜相比，其综合性能也提高了10倍。
　　与传统射电望远镜采用独立分块反射面单元技术不同，FAST主动反射面的主要支撑结构采用了创新性的索网技术，2002年FAST技术年会上，南仁东第一次正式提出这个概念。当时有人问他说：“南老师，原来的技术应用很成熟了，为什么要改？南仁东回答说：“很简单，因为省钱。”
　　在工程建设前期，每项重大的工程进展，他都要亲自到工地部署。一套绣着“南仁东”三个字的工作服威严地穿在身上。他所构思的FAST，一个500米直径的球面射电望远镜要在钢索的牵拉下形成350米的瞬间抛物面变换角度。为这项创新，南仁东带着他的团队鼓捣了十多个年头。当高塔竖立起来后，每一次到工地，他总要庄严地攀登上塔顶，他那一步一步向上攀登的身影，似乎在昭示：这一代的科学家，应该为中国未来的腾飞做好准备……
　　术业有专攻，在FAST项目里，有人不懂天文，有人不懂力学，有人不懂金属工艺，有人不会画图，有人不懂无线电。这几样能懂一两个就算不错了，但偏偏南仁东几乎都懂。
　　2016年9月25日，FAST竣工进入试调试阶段。利用这一世界最大的单口径球面射电望远镜，人类可以观测脉冲星、中性氢、黑洞等等这些宇宙形成时期的信息，探索宇宙起源。
　　如今，南老虽然走了，他把全部的情和爱挥洒给了“中国天眼”——世界最大口径的射电望远镜FAST。就在南老去世的前一个月，中国科学院公布了2017年中科院院士初步候选人名单，72岁的南仁东榜上有名，成为此次增选中年龄最大的候选人。从某种程度说，南仁东成就了顶级的FAST，同时，伟大的FAST也成就了他。