位於貴州省平塘縣的500米口徑球面射電望遠鏡FAST是世界第一大單口徑射電望遠鏡，被譽為中國「天眼」。它歷經22年於2016年正式建成啟用，開始接收來自宇宙深處的電磁波。至今，FAST望遠鏡已經發現43顆脈衝星，為我國天文觀測做出了巨大的貢獻。
正在建設中的FAST射電望遠鏡，兩千多個促動器地錨基礎相互連接後將組成防雷綜合地網。
FAST望遠鏡所在的雲貴高原是我國的雷電多發區，這裡的全年雷暴天數是北京的近兩倍，平均雷電強度是北京的3倍以上。要確保FAST望遠鏡正常運行，防雷十分關鍵。27歲的張仲作為總設計師帶領團隊擔負起了「天眼」防雷系統的設計任務，在他們的精心保駕護航下，「天眼」投用以來，沒有發生大面積雷擊設備故障，沒有對觀測產生任何不良影響。在前不久由北京市科學技術研究院舉辦的第二屆「創新大工匠」評選中，張仲也因此獲得了「創新大工匠」的殊榮。
鑽研防雷技術保下通信站
說起建築物防雷，張仲笑道自己並非「科班」出身，當年他在軍校讀的是無線電移動通信技術專業。入學前，張仲在四川西昌某基地部隊的供電部門工作，大學畢業後又回到了原單位。
位於川西南山區的西昌雷電密集，而部隊設備系統的防雷設計又不可能完全依賴地方單位，必須自力更生，開展一些防雷研究。張仲說，當時供電部門會採取一些傳統防雷措施，比如搭建避雷針，可這些辦法只能對付直接雷，而一些感應雷還是可以在近地面產生高壓靜電場，從而間接擊穿設備的。「當時為了防止設備被雷擊壞，通信站遇到雷雨天氣時只好將重要設備關機、拔線，這是無奈選擇，但肯定不正常，部隊是要隨時準備打仗的，哪能讓老天爺說了算。」
在軍校讀書期間，張仲系統學習了電磁場知識，這讓他對雷電發生、破壞的機理有了更深入的了解。回到基地後，他主動請纓為通信站做了一套防雷設施，改進了線路接地，做了防感應雷的屏蔽，使得這座通信站的防雷能力大幅提高，「後來再出現雷雨天氣時，我們悄悄地做了測試，沒有關閉通信設備，證明防雷效果很好。」張仲說，這等於保下了這座通信站，它從此可以全天候運行。2006年張仲轉業前還為通信站編寫了一本防雷技術手冊，受到部隊官兵的高度認可。
曾為「探月工程」保駕護航
2006年，張仲轉業後加入北京萬雲科技開發有限公司。這是北京市氣象局的直屬企業，主要提供氣象數據服務、氣象氣候災害防禦評價、防雷設施設計及施工等業務。防雷設計及施工業務正是最吸引張仲的地方，「儘管我剛來的時候，防雷這一塊業務主要是面向普通建築以及一些古建築，但後來我們的業務得到拓展，向著雷達、望遠鏡等高科技設備領域發展。」他說。
很快張仲獲得了小試身手的機會，當年下半年，正在實施的「探月工程」在北京密雲和雲南昆明建設了兩座地面應用觀測系統，需要布設防雷設施，萬雲公司承擔了設計任務。這對張仲來說挑戰不小，此前他見過最大的衛星接收天線直徑也就十幾米，可這兩座天線口徑分別達到50米和40米，「各種線纜交錯，複雜程度超過了我的想像。」張仲介紹，留給他們的時間只有兩三個月。為此，他和同事奔波於密雲和昆明，經過反覆測試，終於攻克了防範直擊雷、閃電感應、閃電電湧等多種雷電危害的技術難題，讓這兩套設備順利投入使用。
2007年汛期，兩處設備都經受住了雷電的考驗，當年10月「嫦娥一號」順利發射升空，正常運行，張仲這才放下心來，「我們之前對客戶的承諾是不會發生大面積雷電擊穿，但最後這些防雷設施的表現好於我們的預期。」
張仲在FAST工地勘察防雷點位
5天勘察上千個防雷點位
轉眼到了2012年底，正在休假的張仲接到了公司的電話，要為正在建設的FAST射電望遠鏡做防雷設計。為此，公司成立了工作組，開始全力準備，當時參與項目競爭的還有四五家企業，張仲被公司任命為項目組總設計師。
按照要求，競爭企業「中標」前需要提交設計方案和思路，張仲親自帶隊前往貴州的FAST施工現場，為設計方案進行實地勘察。這差事不輕鬆，從貴陽到FAST所在的平塘縣克度鎮大窩凼需要坐車5個多小時，而且最後7公裡的路程還是只有拖拉機才能通行的機耕路。一路下來，大家都已經被顛得七葷八素。
按照設計，整個FAST需要布設2260個促動器，以便隨時調整望遠鏡的主動反射面，最大限度收集宇宙電磁波，每個促動器都必須做好防雷保護。這些促動器均勻分布在望遠鏡的各塊反射面板，這意味著勘察要跑遍整個窩凼。窩凼有多大？張仲告訴記者，它位於群山岙中，和望遠鏡尺寸相匹配，直徑約500米，深約300米，「等於我們每天要爬N次百米高山。」張仲說。除此以外，望遠鏡的建設單位在附近的山頂還建設了一個測量基墩，也需要做防雷設計。上山幾乎沒有路，張仲帶著同事用了4個小時才爬到山頂，獲得了勘察參數。
就這樣，張仲和同事僅用了5天時間，就完成了上千個點位的勘察，寫出了1萬多字的高質量的勘察報告。最終，他們擊敗了所有競爭對手，正式接手「天眼」的防雷設計。
張仲在百米高位置的測量基墩上勘察防雷點
反其道而行破解防雷難題
張仲介紹，作為世界上最大的射電望遠鏡，FAST有上千個系統工藝結構，上萬條電器線纜。如何防雷，國外沒有任何標準可以參考。FAST所在的雲貴高原又是雷電多發區，這裡全年的雷暴天數是北京的近兩倍，平均雷電強度是北京的3倍以上，防雷難度之大可想而知。
跟普通建築設施不同，FAST的各主要結構都不是剛性連接的，而是通過索、軸、錨等進行柔性連接，一些專家此前很擔心：如果雷擊產生的強電流反覆在這些連接組件上傳導，會不會導致組件的性能下降?為此，項目組最早的設想是在圍繞望遠鏡的六座百米高的饋源支撐塔上鋪設避雷線。可問題隨之而來，如果密集布設避雷線，就如同在望遠鏡上方編織了一個金屬網，這會大大影響它接收電磁波信號的效果。
怎麼辦？張仲把自己關在屋子裡想了好幾天，終於豁然開朗，「我們總是考慮鎖、鏈、軸承這些設備承受不了雷電帶來的危害，可事實上它們就一定承受不住嗎？為什麼總在空中的饋源塔做文章，不去近地面想想辦法。」他說，雷雨雲底部多呈現負電荷，這樣就會在6根均勻分布在上空公裡級長度的饋源支撐索上感應正電荷；支撐索又會在500米口徑主動反射面上感應負電荷，只要我們在主動反射面下方安裝一張巨型綜合地網，這樣主動反射面就會在綜合地網上感應等量的負電荷，正負電荷相互中和，不管在空間哪一層都形成一個相對穩定電荷面，避免在FAST饋源支撐索、主動反射面上發生劇烈雷暴。這樣只需把防雷設計中心放在做好節點電氣連接、設備等電位及接口電湧防護就可以了。
最終，張仲提交的25萬字的報告和幾百張設計詳圖，獲得了FAST科學家團隊的一致贊同，一次性通過專家評審，創造了國內乃至世界防雷工程技術的多個第一。FAST項目首席科學家南仁東讚揚道：「這個年輕的團隊正不斷帶給我們驚喜。」
家居防雷投入不大效果好
如今FAST安全運行已接近兩年，張仲說他們一直在跟蹤望遠鏡的防雷效果，通過監測，饋源支撐塔流過雷電流最大僅為4.1kA，而普通民用建築的防雷設防標準是100kA，這意味著在現有防雷措施下，雷電對「天眼」的影響微乎其微。
不久前，在北京市科學技術研究院舉辦的第二屆「創新大工匠」評選中，張仲獲得「創新大工匠」殊榮，這也是對他專心致志、精益求精的認可。張仲說，自己從未想到能獲得這份榮譽，「參與FAST的防雷設計，我考慮的就是怎樣把它做到最好，這是我們國家的重大工程，不能因為我們的失誤給國家的科研留下遺憾。」
最近一段時間，北京頻頻遭遇雷電和強降雨，張仲很關注建築防雷。他說北京的商業建築防雷整體做得都不錯，但一些低矮的、老舊的住宅樓，防雷方面就有不小的隱患。很多人認為雷擊只會「青睞」高層建築，其實未必，因為除了直擊雷，還有閃電感應和閃電電湧，它們的影響是立體的，不只是釋放電流，還會產生閃電感應，在線纜上感應危害電湧，能擊穿電子設備，造成人身傷害，「一次大的雷電，影響範圍能到1公裡，不可掉以輕心。」他透露 ，實際上防雷設施的鋪設並不貴，從家用的防雷帶到電子設備的保護裝置，一整套下來不到1萬元就能獲得很好的防雷效果。
來源：北京晚報 記者：張航（攝）