海南三站式非相干散射雷达文昌接收站开工建设——追忆万卫星院士与三亚非相干散射雷达建设历程

2022年5月18日,在万卫星院士逝世两周年前夕,中国科学院地质与地球物理研究所“十三五”国家重大科技基础设施子午工程二期项目“海南三站式非相干散射雷达”的重要站点之一——文昌接收站正式开工建设。
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图1 海南三站式非相干散射雷达文昌接收站开工建设
文昌站的建设,从开始找地到开工建设用了一年半时间,这期间得到了研究所、海南省科技厅、文昌国际航天城管理局以及文昌市政府的大力支持。
2020年底,为落实文昌站雷达阵面用地需求,项目负责人乐新安研究员到文昌、海口等地走访调研,了解文昌国际航天城规划和建设情况。2021年1月25日,中科院地质地球所吴福元所长、潘永信院士、魏勇副所长率领非相干散射雷达团队前往文昌国际航天城实地考察,并与文昌国际航天城管理局达成了共建空间和行星观测设备的战略合作意向。2021年6月19日,中科院地质地球所张小雷书记赴海口参加海南省政府组织的海南自贸港重点项目集中签约活动,正式签署共建海南三站式非相干散射雷达文昌接收站的合作协议。从2021年6月到11月,项目团队丁锋研究员、罗俊浩工程师等对用地情况进行了勘察和选址,确定最终的雷达站用地。2022年2月,完成接收站地块的征地工作。2022年4月,项目团队完成文昌雷达接收站土建和电力工程设计。4月26日,完成文昌雷达接收站工程招标。
在文昌站选址和设计过程中,项目团队在中科院地质地球物理所基建处的协助下,对不同地块的雷达信号遮挡进行了仿真,对地块的背景电磁环境、基础地质条件等进行了勘察,在综合考虑上述因素和文昌方面征地情况等的基础上,经过反复筛选和协商,最终确定接收站选址和设计方案。
文昌非相干散射雷达接收站占地约2400平米,计划建设框架结构的雷达阵面基础,安装雷达底座、建设雷达配电系统、防雷系统、排水系统以及阵面电缆沟、接地网、挡土墙等设施。文昌雷达接收站建成后,将为海南三站式非相干散射雷达文昌接收阵面的进场安装调试打下基础。
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图2 海南三站式非相干散射雷达文昌接收站效果图
雷达基建对于雷达顺利安装和运行十分重要。实际上,在更早的七年前,海南三站式非相干散射雷达的主站——三亚站的建设经历了一段艰难的时期。
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图3 2019年11月三亚站施工现场
2015年,国家重大科研仪器研制项目“三亚非相干散射雷达”正式启动研制,万卫星院士任项目首席。从2015年到2017年,万卫星院士带领项目团队,对雷达项目实施方案进行了优化,并完成各分系统设计和小面阵试验,雷达硬件进入子阵测试和投产阶段。与此同时,万院士联系研究所基建处,申请到了2018和2019年度两个中科院修缮项目,计划对三亚台站的电力系统进行升级,对基础设施进行改造,以方便后期雷达大阵进场安装。2017年9月,万卫星院士因长期繁忙的工作积劳成疾,住进了医院。
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图4 2015年4月,万卫星院士在三亚非相干散射雷达项目启动会上发言
早在2015年,万卫星院士安排丁锋研究员主抓三亚非相干散射雷达的项目管理工作。在项目执行过程中,雷达配套设施建设一再延迟,一度影响到整个项目进展。丁锋发现,其主要原因在于,雷达基础设施作为高度专业化的特种构筑物,面积大结构复杂,建筑质量和精度要求高,并且对阵面散热、辐射防护、接地等有较高要求。这就需要懂雷达的人和懂基建的人共同参与,对于组织者在雷达和工程方面的专业知识和协调能力有较高要求。
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图5 2017年3月,万卫星院士(右二)与宁百齐研究员(左一)等检查雷达小面阵研制进展
三亚站位于山区,建设面积达38亩,地形北高南低,坡度高达11米,且主要为砾石土质。在这样的地形条件下建设大型雷达的阵面、场坪及配套设施,存在较大难度:陡坡上建设大面积场坪,需要考虑向坡底垮塌的风险,避免不均匀沉降引起雷达阵面基础不稳;三亚主站雷达峰值发射功率高达2兆瓦,场坪和阵面以及配套设施的布局,需要考虑对天线阵散热的影响;雷达阵面基础及基座安装精度指标高达5毫米,超出一般建筑施工标准,施工要求极高;三亚站砾石土质的电阻率高,而雷达系统对接地电阻有着严格要求,需要通过复杂的接地网把接地电阻降到合理指标。此外,场阵布局还需要尽量降低雷达辐射和噪音,以免影响周边环境。
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图6 2019年1月,丁锋(右)在三亚站基建设计方案论证会上
为了完成雷达基建,解决三亚非相干散射雷达建设过程中的关键瓶颈,由科研人员参与到基建管理中,对自身是一个巨大的挑战。在科研评价体系中也不会给个人加分。
长期以来,万卫星院士凡事身体力行、扎实肯干的风格深刻影响到团队的每一位成员。在这样的关键时期,三亚非相干散射雷达团队成员迎难而上,用做科研的认真、严谨的态度来做雷达的基建。他们与研究所基建处合作,协调土建设计方、施工方、雷达厂家以及诸多的构筑物配件厂商,组织仿真分析论证,共同确定设计方案,研究工序,并在施工中积极组织监管。
从2018年到2020年,在研究所基建处和三亚非相干散射雷达团队的组织协调下,三亚站陆续建设了雷达的电力系统、防雷系统、双层屏蔽网系统、雷达阵面基础基座、控制室屏蔽、雷达系统接地网等关键基础设施,有效解决了雷达辐射、散热和噪音问题。
2020年初,三亚站建设受到疫情严重影响而延迟。项目团队克服困难,从3月疫情稍有缓解时开始小范围逐步恢复基建工作。至4月初全面复工,保质保量完成了建设任务。
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图7 2020年1月,三亚非相干散射雷达团队陪同中科院监理组考察三亚站基建情况
2020年4月,三亚站雷达阵面和场坪建成,雷达大阵开始进场安装。丁锋将好消息报告万卫星院士。虽在病中,始终心系雷达建设的万院士立即微信回复了三个字:“太好了!”。
2020年5月20日,万卫星院士不幸与世长辞。五个月后,三亚非相干散射雷达完成结构吊装和电气设备安装,开始通电调试,并于2020年底通过了第三方测试。2021年6月,三亚非相干散射雷达顺利通过了国家自然基金委组织的现场验收。这个万卫星院士生前为之奋斗的项目终于结出了胜利的果实。
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图8 三亚非相干散射雷达站建设前
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图9 三亚非相干散射雷达站建设后
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图10 三亚非相干散射雷达近照
万卫星院士虽然离开了我们,他对科研的奉献精神为后人树立了光辉的典范。在万卫星院士的精神感召下,海南三站式非相干散射雷达团队老中青三代科研人员迎难而上,解决了雷达项目研制过程中一个又一个难题,向着实现万卫星院士生前雷达梦想的目标努力前进。
在万卫星院士逝世两周年,文昌雷达接收站开工之际,特撰写此文,以寄托怀念之情。我们相信,建设好三亚非相干散射雷达和海南三站式非相干散射雷达,为空间物理重大科学问题研究和国家重大需求做出贡献,是对万卫星院士最好的纪念。