“中國天眼”饋源艙驅(qū)動索脈沖—彎曲復(fù)合疲勞試驗現(xiàn)場。學(xué)校供圖

　　■科技創(chuàng)新看高校

　　6月22日，貴州省平塘縣大窩凼，“中國天眼”饋源艙驅(qū)動鋼絲繩更換項目順利通過專家驗收，標(biāo)志著為“中國天眼”更換國產(chǎn)鋼絲繩的重要任務(wù)圓滿收官。

　　北京市昌平區(qū)昆侖路，堆放在北京科技大學(xué)國家材料服役安全科學(xué)中心的試驗件，講述著鋼絲繩的來時路。此前，這種鋼絲繩曾長期依賴進口。近3年，在科學(xué)中心的深度助力下，鋼絲繩實現(xiàn)了從原材料端到使用端全鏈條國產(chǎn)化，使我國又將一項重大科技基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)鍵部件的命脈牢牢掌握在自己手中。

　　自主評價

　　突破“不敢用”

　　500米口徑球面射電望遠鏡被人們形象地稱為“中國天眼”，饋源艙是其核心部件，用于接收和聚焦反射面收集的宇宙電磁波信號。饋源艙重達30噸，被6根鋼絲繩共同牽引，可在140米高空、206米尺度范圍內(nèi)精準(zhǔn)移動、實時定位。

　　如果把饋源艙比作“眼球”，那么鋼絲繩就是支撐并帶動“眼球”運動的“眼部肌肉”。鋼絲繩不僅要有足夠的強度將饋源艙牽拉至空中，還要有足夠的耐久性，在一次次張拉、彎曲中，仍能把饋源艙安全地送到指定位置。

　　“材料的耐久性在專業(yè)領(lǐng)域被稱為‘抗疲勞性能’?！笨茖W(xué)中心力學(xué)與結(jié)構(gòu)工程實驗站主任任學(xué)沖說，“過去鋼絲繩長期依賴進口，不是我們的生產(chǎn)能力不行，而是沒有經(jīng)過系統(tǒng)性疲勞測試的產(chǎn)品，我們不敢輕易用在大國重器上。”

　　在材料各項性能中，疲勞性能是最難預(yù)測和評價的。“可以準(zhǔn)確測量鋼絲繩的強度、密度、導(dǎo)電性等，但疲勞性能天然具有分散性，即使充分了解它的服役工況，也很難確定它發(fā)生疲勞斷裂的時間?！比螌W(xué)沖解釋。

　　2023年9月，為實現(xiàn)鋼絲繩疲勞性能的定量評價，中國科學(xué)院國家天文臺選擇與北科大科學(xué)中心合作。巧合的是，“中國天眼”和科學(xué)中心所依托的“重大工程材料服役安全研究評價設(shè)施”同屬“十一五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施。兩個大科學(xué)裝置，自此開啟了“夢幻聯(lián)動”。

　　依據(jù)天眼鋼絲繩的使用工況數(shù)據(jù)和系統(tǒng)可靠性要求，科研團隊確定了鋼絲繩的性能標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)過20萬周疲勞后，拉伸能力仍維持在180噸以上，這相當(dāng)于為饋源艙的安全運行打出了約4.5倍的富余量。

　　壓縮時空

　　吃上“定心丸”

　　饋源艙的移動，依靠的是6根鋼絲繩的張弛收放。而鋼絲繩的收放，又離不開卷筒和滑輪的作用。對鋼絲繩的評價，拉伸狀態(tài)下的“張拉疲勞”與彎曲狀態(tài)下的“彎曲疲勞”同等重要。如何等效地將鋼絲繩復(fù)雜的服役工況呈現(xiàn)在實驗室，是科研團隊面臨的挑戰(zhàn)。

　　“這臺設(shè)備是我們依據(jù)‘中國天眼’的實際需求自主設(shè)計的?！毖螌W(xué)沖手指的方向看過去，實驗設(shè)備像一個巨大的杠鈴，兩邊的圓形復(fù)現(xiàn)鋼絲繩的彎曲狀態(tài)，中間的區(qū)域則復(fù)現(xiàn)張拉狀態(tài)。

　　“疲勞是可以等效加速的?！比螌W(xué)沖的解釋很形象，實驗設(shè)備就像一臺時空壓縮機，把鋼絲繩服役5年期間持續(xù)累加的疲勞壓縮進實驗室的不到5天時間里。

　　科學(xué)中心工程師田振介紹，為了盡可能匹配“中國天眼”的觀測窗口期，科研團隊第一時間調(diào)配了實驗資源，保證測試高效推進。經(jīng)過千日攻堅，8個批次、近100根鋼絲繩的測試與改進，國產(chǎn)鋼絲繩終于迎來了激動人心的驗收時刻。

　　好事往往多磨。

　　2026年初，一批新制的鋼絲繩即將發(fā)往貴州。在發(fā)貨前的最終檢測中，實驗鋼絲繩的斷裂拉力數(shù)據(jù)卡在了175.4噸，距離180噸的標(biāo)準(zhǔn)只差4.6噸。“測試標(biāo)準(zhǔn)是一個很清晰的界限，97分也是不合格?！碧镎裾f。

　　試驗沒有停步。3個月后，伴隨一聲響亮的斷裂聲，新制造鋼絲繩的測試數(shù)值定格在196.8噸，終于交出了滿分答卷，讓饋源艙的安全運行吃上了“定心丸”。

　　久久為功

　　“跟跑”變“領(lǐng)跑”

　　“現(xiàn)在是想做什么實驗基本都能實現(xiàn)?！比螌W(xué)沖說。

　　科學(xué)中心的實驗大廳內(nèi)，最顯眼的是一堆堆高鐵車輪樣品。它們默默記錄著我國國產(chǎn)高鐵車輪的研發(fā)、檢測、服役性能實驗與實際運行表現(xiàn)評價的歷程。

　　角落里，直徑超16厘米的粗壯鋼絲繩灰撲撲的，并不起眼。但在科研規(guī)劃中，它將被用于牽拉世界首個大功率漂浮式海上風(fēng)電平臺，其應(yīng)用環(huán)境之復(fù)雜、受力載荷之大、試驗數(shù)據(jù)之珍貴，帶來的測試難度超過了“中國天眼”項目。

　　國家速滑館吊頂鋼纜、高強度大型橋梁鋼索、高鐵車輪服役性能評價……科學(xué)中心聚焦的研究對象，代表著中國工業(yè)產(chǎn)品的最先進水平。

　　這種提高，與中國高?？茖W(xué)研究和服務(wù)社會能力的持續(xù)提升密不可分。正是高等教育的助力，使我國在越來越多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的轉(zhuǎn)變。

　　“等‘中國天眼’換下來的進口鋼絲繩拿回來，我們還要做對比測試，看看它們的剩余性能怎么樣，我們還有多大提升空間。”田振細(xì)數(shù)著下半年的工作計劃。

　　目前，饋源艙的鋼絲繩是5年一換。而科學(xué)中心的目標(biāo)，是讓這根承載著人類探索宇宙夢想的“中國繩”，在未來能服役得更持久、更安全。

《中國教育報》2026年07月05日 第03版