作者:张巧玲 来源:科学时报 发布时间:2009-6-5 8:27:03
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LAMOST总工程师:完成这样一项大工程真的很不易
——访LAMOST总工程师崔向群、首席科学家褚耀泉
 
做一件事不容易,做成一件事更不容易。“如果让我说感受,我只能说,完成这样一项大的工程真的很不容易。”国家重大科学工程——大天区面积多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)总工程师、中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所所长崔向群对记者说。
 
6月4日,LAMOST通过国家竣工验收。在接受《科学时报》采访时,崔向群说:“项目能获得成功是我们整个团队十多年锲而不舍的结果,以后要走的路还很长。中国科学院各级领导一直坚定地支持和指导这样一个创新和技术难度都很大的项目,这是我们能成功的根本保证。”
 
质疑声中艰难前行
 
建造大视场兼大口径天文望远镜是20世纪后50年世界天文学家都在不懈努力的事情。天文学家都知道,大天区范围的光谱巡天是天文观测的突破口。而实现大天区范围内的大规模光谱测量,望远镜就必须具备两个条件:口径必须足够大和有足够大的视场。然而,长期以来,由于材料和工艺的限制,“大口径和大视场难以兼备”一直困扰着天文学界。
 
20世纪80年代,我国成功研制了2.16米望远镜后,中科院院士王绶琯看准了中国天文学应该瞄准的这个突破口,与中科院院士苏定强在考虑下一步的中国天文大设备时,创新性地提出了LAMOST这种类型的大视场兼备大口径的主动反射施密特望远镜的方案。
 
1993年,苏定强致信其学生崔向群,希望她能参与这个项目。其时,崔向群正在欧洲南方天文台参加20世纪末世界上最大的天文光学望远镜计划——4台口径8米望远镜合成口径16米望远镜的研制工作。1994年初,崔向群携全家回国,参加LAMOST的工作。
 
谈到回国,崔向群的理由很简单:“我们是国家培养的,国家需要就回来了。”
 
回国后,崔向群担任了LAMOST的总工程师,负责项目的立项和在预研中的技术工作,中国科技大学教授褚耀泉担任项目首席科学家。1994年,崔向群与褚耀泉在英国剑桥大学举行的一个天文学国际会议上报告了LAMOST科学思想和方案。
 
“这次会议是LAMOST在国际上产生反响的开始。”崔向群说。LAMOST前瞻性的科学思想和创新的方案得到了国际天文学界的赞许,这让他们更加认识到了LAMOST的科学价值,也让他们有了必须研制成功的信心和决心。
 
然而,赞许之中更多的是质疑。“国外的人认为很难做出来,国内的人认为做不出来。”崔向群说。
 
对于这些质疑,崔向群表示理解:“因为的确太难了!”LAMOST在口径、视场和光纤数目三者结合上超过了所有国际上目前已完成的或正在进行的大视场多天体光纤光谱巡天计划。其核心关键技术——主动光学技术和4000根光纤定位都属国际首创,主要关键技术,如24块高精度超薄六角形光学镜面的磨制和检测、曲率半径一致性要求近三万分之一的37块球面镜子镜的磨制、大口径超薄镜面和倒挂式大口径镜面的精确支撑技术、40米长的光路上的气流改善、海量光谱数据处理等也均为国际前沿。
 
苏定强就曾对崔向群形容说,“搞LAMOST这样的项目需要敢死队!”
 
在崔向群看来,LAMOST团队的人就像是坐在一条逆水行驶的船上,“只能设法前进”。
 
科技创新的典范
 
在LAMOST竣工验收前夕,褚耀泉和崔向群向记者详细介绍了LAMOST的情况。褚耀泉的一份PPT报告里有一幅LAMOST示意图,清晰显示了LAMOST的结构组成:反射施密特改正镜MA,球面主镜MB和焦面。
 
褚耀泉解释说,LAMOST在结构上由三部分组成:反射施密特改正镜MA,球面主镜MB和焦面。在观测过程中,天体的光经MA反射到MB,再经MB反射后成像在直径1.75米的焦面上。主镜MB为6.67米×6.05米,反射施密特改正镜MA为5.72米×4.40米,其视场5度,等效通光口径为3.6米~4.9米,在直径为1.75米的大焦面放置了4000根光纤,由光纤将天体的光分别传输到焦面下面的光谱仪房内的16台光谱仪的狭缝上,然后通过光谱仪后端高灵敏的CCD探测器获得4000条光谱。
 
LAMOST最主要的技术难点就是主动光学技术和4000根光纤的定位。
 
“仅主动光学技术攻关我们就做了6年。世界上的主动光学技术要么是拼接的要么是变形的,我们的主动光学的难点是我们既要变形又要拼接。”崔向群说。
 
LAMOST实现了在一块镜面上(MA)同时应用薄变形镜面和拼接镜面的主动光学技术;在一个光学系统中同时应用两块大口径拼接镜面。且在观测使用中要实时依靠主动光学系统精确地变成需要的非球面——这就是薄镜面主动光学加拼接镜面主动光学技术。这在国际上还没有先例。
 
同类的光谱望远镜,世界上目前最大的光纤数也就是660根,而LAMOST创新地提出分小区、并行可控的光纤定位方案将光纤数提高了一个数量级,使其光纤数达到4000根,远远超过世界现有水平。
 
“通过LAMOST,我国的天文望远镜研制已经逐步走向创新发展。”褚耀泉说。LAMOST被专家称赞为我国科技创新的典范。它是我国最大的光学望远镜(主镜>6米),是国际上最大口径的大视场望远镜、国际上光谱获取率最高的望远镜。其研制规模和技术难度与国际上8~10米级光学望远镜相当,主要关键技术处于国际领先水平,同时也为我国研制极大口径望远镜打下了坚实基础。
 
鉴于LAMOST的科学目标将集中在河外星系巡天、银河系结构和演化以及多波段目标证认三个方面,褚耀泉介绍,研制成功后,LAMOST将对北天可观测的约14000平方度高银纬天区进行光谱巡天观测,其中包括北、南银冠区各250万个星系的巡天,150万个亮红星系巡天和约100万个类星体的观测,这些资料将在宇宙模型、暗物质、暗能量、大尺度结构、星系形成和演化等研究方面作出重大贡献。同时,它还将对250万颗恒星进行光谱观测,用于研究包括银河系晕的整体结构及亚结构,银河系的引力势与物质分布,从薄盘、厚盘到晕在反银心方向的结构特征,银河系球状星团来源及其与银河系结构的关系,银河系恒星金属丰度分类及贫金属星的搜寻等几个大的方向。此外,LAMOST也将结合红外、射电、X射线、γ射线巡天的大量天体的光谱观测在各类天体多波段交叉认证上作出重大贡献。
 
崔向群透露,目前,LAMOST已开始调试工作,明年进入试观测,2011年开始正式观测。今后,LAMOST巡天获得的资料将对国内外天文学界公开,这将大大推动天文学各个领域研究工作的蓬勃发展。
 
从青黄不接到人才济济
 
谈到LAMOST研制过程中面临的最大困难,崔向群认为,除了世界级的技术挑战外,就要属人才问题了。
 
LAMOST是国家“九五”期间投资的重大科学工程之一,1997年4月经国家计委批准LAMOST立项。项目由中国科学技术大学与国家天文台、南京天文光学技术研究所共同承担。
 
经过十多年的方案论证到最终批准立项,本是件令人欣慰的事情。然而这种欣慰立即被随之而来的人才难题所取代。
 
20世纪90年代中期可以说是国内各学科人才断档的时期,各类人才青黄不接,LAMOST任务也面临几乎无人可挑的困境。即使是崔向群和褚耀泉当时也不过40多岁,都没有管理大型科学项目的经验。
 
“我们很多工作只能靠刚毕业的大学生和研究生来做。”崔向群说。然而,让他们痛心的是,因为当时条件较差,几乎90%的学生都走掉了,有的甚至连在职博士都不读就走了。
 
为了解决人才稀缺的问题,他们想尽各种办法,包括返聘退休的老专家承担重任和带年轻人。南京天文光学技术研究所的研究员王亚男、姚正秋、徐欣圻、陈海元、陶庆陞等都是他们返聘的专家。
 
“1998年到2004年是我们最困难的时期,技术攻关难题、人才青黄不接、机构调整带来的矛盾等一系列问题都集中在这个时期,当时我们心里的苦可想而知。”崔向群说。
 
2004年以后,随着国家经济的不断发展和中国科学院知识创新工程的不断深入,情况逐步开始好转。不仅中国科学院的科研环境得到很大改善,人员待遇提高,而且知识创新工程提出的“面向世界科学前沿”对很多有志于科学的年轻人产生了很大的吸引力。
 
“现在我们已经形成了一支稳定的队伍,年轻人迅速成长,不少已可独当一面。”崔向群说。一些年轻人已经成长为副研究员或研究员,他们可以担当项目负责人,独立申请基金项目、知识创新工程的重点项目等。
 
2004年,澳大利亚英澳天文台天文学家Will Saunders建议做一架16米口径的LAMOST类型的望远镜放在南极冰穹C,并希望中国与之合作。现在,中国已开始与美国、澳大利亚合作开展南极内陆冰穹A天文选址及望远镜的研究工作。2006年底,我国天文学家和天文仪器专家共同提出了首批南极天文设备的研制计划,即中国南极小望远镜阵CSTAR的研制,已经安装在冰穹A,并开始观测。目前又开始第二批南极望远镜AST3(3台50cm口径大视场)的研制工作。
 
“这些望远镜计划的主力军有相当一部分是从LAMOST项目中成长起来的。”崔向群说。
 
《科学时报》 (2009-6-5 A1 要闻)
 
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