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【我们这五年】凤凰山“天琴测距台站”建设实录

稿件来源:物理与天文学院 编辑:王冬梅 审核:满意 发布日期:2023-03-13 阅读量:

中大新闻网讯(通讯员闫勇)2019年6月,珠海,中国空间引力波探测“天琴测距台站”成功测得了月球表面上五组反射镜的回波信号,测出国内最准的地月距离,精度达到国际先进水平。至此,中国成为世界上第三个成功测得全部五个反射镜的国家。这是距2018年1月22日中国人首次成功利用激光精确地测量地球距月球的距离后,中山大学天琴计划团队在地月激光测距技术上的重大技术突破,实现了天琴人进行空间引力波探测的第“0”步。


建成后的凤凰山“天琴测距台站”

笃定信念,不舍昼夜

聆听天籁之音,比肩国际科技前沿,是天琴人实现空间引力波探测执着的追求。在中国科学院罗俊院士的带领下,天琴计划于2015年正式启动,分四步逐步推进,即“0123”计划:

第“0”步:要开展地月激光测距,以此为天琴卫星的高精度定轨提供技术支撑;

第“1”步:要发射单颗卫星,并借此建立高精度空间惯性基准;

第“2”步:考虑发射两颗卫星,对长距离星间激光干涉测量技术开展在轨验证;

第“3”步:计划发射3颗卫星构成三角形编队,为“天琴”开展引力波的空间探测。

其中,第“0”步计划,就是一切的开始,是天琴人梦想的起点。自2018年4月26日确定为地月测距台站的T0点,台站建设项目正式启动后,团队工作进入了超速的快车道,技术方案和工作协调并行开展,一切都“飞”了起来,工作组成员也成为了名副其实的“大忙人”。

台站技术协调

中心师生由步行梯登山送水和干粮

台站建设按正常建设周期节点倒排时间本已非常的仓促,等进入具体实施阶段,我们才惊讶的发现摆在我们面前的不仅是施工周期的问题,更深层的问题是台站的研制方案、基建的实施细则、道路的铺设、物料的保障、合作单位的协调等等一系列问题,所有的这一切都没有先例可循。我们既是策划者,又是调度员;既是设计者,又是技术员;既是建造者,又是万能工,就连后勤、安全、保障等一切和台站建设相关的都在我们的工作范畴之内。为了心中的目标,建设团队成员将压力转换成动力,工作组同志历经240多个日日夜夜连续奋斗,真正做到了只争朝夕,不舍昼夜。“你又黑了,又瘦了”也成为那个时间段挂在大家嘴边,常常关切的话。团队成员在建设过程中既要筹划合理可行的测距方案,保障工程进度,又要确保建设质量和设备的特殊保障要求,还要担心全体技术人员上下山通行安全,这种无形的压力和责任令工作组同志经常处于高度的亢奋状态,做中国自己的引力波探测,做好天琴计划,实现第“0”步,笃定了,就坚持下去。

攻坚克难,技术护航

2018年8、9月间由于珠海受连续强降水和台风“山竹”影响,台站上山道路通行中断,施工进度滞后严重,路面条件有限,运输只能通过人工、马队等方法进行施工。珠海凤凰山顶原计划的平整计划不得已临时做了调整以加快台站基建施工进度,台站远地靶由于承建单位在原始设计的范围内无法找到合适的靶址施工且考虑到珠海大气影响严重,一度陷入去留方案之争,而作为台站测距精度精确标校的重要技术手段,通过台站和该设备的互标可为台站标校提供重要的参考数据,实现高精度测距该设备的作用至关重要,为了尽量保留该方案,团队技术人员多次进行方案比对和优化,就靶址各种可能性进行了测算预估,最后将可接受的最小设计距离缩短至3km左右,通过多次实地的探测,终于在台站附近山头找到了一处高度和方位角都较佳的位置,克服了困难。该方案的保留,在台站调试及测月的过程中发挥了积极的作用。

远地靶靶址勘探

台站系统研制方案研讨

严谨细致,实地勘测

测距台站位于凤凰山顶,之前没有任何道路通行,在确定站址后,为了抢工期,山顶基建和上山道路同时施工。上山道路依山而建,登上海拔约400m的台站全程约7.6km。在山顶台站地基勘探、建设初期我们为了节约登山时间,多是循着山顶施工队踏出的小道攀爬上去,山路崎岖坡陡,好几次踩到青草虚土滑倒差点滚落受伤。上山道路的土路连通到山顶后情况好了一些,我们时而可以搭工程车辆上山,但遇到的问题也逐渐显现出来,由于山路依山而建,弯急坡陡,可以说是山路十八弯,坐在车里都会惊出一身汗。正是先有了搭车的经验,让我想到了台站的1.2m望远镜系统为大型精密仪器,体积大重量沉,需要整机运输至山顶的同时还要保障大型吊装车辆上山进行设备的安装,而山上道路在设计之初并没有考虑到这些特殊情况,它窄的地方仅容单车勉强通行,尤其一旦卡在S弯处则进退两难,为确保车辆顺利通行,期间团队成员多次徒步往返于上山道路,结合设备运输车辆转弯半径对各种可能的路况和会车位置进行实地勘察和测量,这为确保设备车辆安全无障碍通行提供了保障。

闫勇老师路况勘探,转弯半径测量

台址勘测

设备验收测试现场

把握细节,分毫必较

测距台站库德房内放置了很多的光学元器件,其洁净度要求极高,如果不达标测距激光打到镜片上将会导致光学镜面的损坏,为严格保障库德房的洁净度,我们对库德房及周围设施进行了重点的排查和整改工作。初次检查库德房的时候,屋内已经架设好了架空层地板,地面用胶封密封的很好,我们并没有发现什么问题,一个偶然的因素,当打开其中一块地板的时候,我们惊讶的发现里面局部还有一些残留的工程垃圾,尤其是线槽内残留非常的多,考虑到这种情况下一旦库德房投入使用将可能导致严重的事故,于是我们马上与有关负责人进行了沟通,并和施工方负责人多次现场办公讨论解决方案,但对方提出的方案都存在一定的风险,于是经过认真考虑,在工作组的坚持和游说下,对方同意进行全面复工,地面重新做自流平,上漆到墙面10厘米以上不得留白,保证漆面厚度,增加二次清理,即使如此,我们在随后的抽检中仍然发现一些小的杂物,于是团队老师和同学从山底天琴中心自带清洁器材和桶装矿泉水,将库德房内架空层地板掀起,重新做了全面的清洁工作,不留一丝安全隐患。

天琴师生库德房架空地板复原前进行全面清洁

基建技术核对和现场勘探

技术攻关,全员保障

凤凰山新建天琴测距台站蕴含着无限的新希望,也面临一些临时的困难。由于新修的上山道路尚在养护期间,车辆通行有困难,山上水电不通,负责台站建设工作的科研人员需要自带饮用水和干粮上山,困难的时候甚至需要接山泉水饮用,十分的艰苦。中心的领导和师生们时刻关心牵挂着台站的建设工作,了解到这些情况后,积极为在台站的科研人员送去桶装水和干粮,减轻了台站工作人员的工作负担,让大家感受到了中心的温暖和领导的关怀。

运送上山试验物资

台站工作会议进度协调

在校领导和各部门的大力支持和热切关怀下,天琴团队历时18个月,发挥党员骨干力量克服建设中人员少、时间紧、技术难度大、安全风险高、协调组织复杂、道路不通、物资短缺等困难,将无路可走的凤凰山建设成为了超地月距离激光测距和天文观测的科研基地和科普基地,精度比肩国际前沿,我国也成为世界上第三个成功测得全部五个反射镜的国家,创造了一个科研奇迹。这是中心优秀的共产党员们坚韧不拔和辛勤付出的杰出成果,充分体现了天琴中心教工第一党支部的凝聚力和战斗力。

天琴团队将不忘科研使命,响应国家扎根基础科研,以国家重大技术发展需求为牵引,坚定不移的将天琴之路走下去,面向世界科技前沿技术发起新的挑战,众志成城勇攀科技高峰,逐步实现第“1”步和第“2”步,通过科研报国,服务好国家和社会。

文稿终审:物理与天文学院 郝雅娟

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