Die „Himmelsfänger“-Erbauer auf dem 4.400-Meter-Plateau

Wie lange dauert es, 1,3 Quadratkilometer zu Fuß zurückzulegen? Ein normaler Erwachsener benötigt etwa 10 bis 20 Minuten. Im Frühjahr 2017 benötigte Hu Bin, der Designprojektmanager des Daocheng High Altitude Cosmic Ray Observatory der Chengdu Institute of Power Construction Corporation of China, vier Stunden, um 1,3 Quadratkilometer in einer Höhe von 4.410 Metern zu Fuß zurückzulegen. Er trug dabei eine Sauerstoffflasche und atmete schwer.

Dieses 1,3 Quadratkilometer große Plateau befindet sich auf dem Berg Haizi in Daocheng, Provinz Sichuan. Drei große Arrays sind hier so angeordnet, dass sie ein „großes Netz“ bilden, das das höchste, größte und empfindlichste Gerät zur Gammastrahlenerkennung der Welt darstellt – das High Altitude Cosmic Ray Observatory (LHAASO), das gebaut wurde, um „den Himmel einzufangen“. Nachdem das Observatorium nun die nationale Abnahme erfolgreich bestanden hat, wird es zu einem internationalen Forschungszentrum für kosmische Strahlung mit China als Hauptorganismus und Beteiligung zahlreicher Länder.

Zum ersten Mal folgte das Projektteam des Chengdu-Instituts Experten der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in das unbewohnte Gebiet, das im Wolkenmeer auf dem Gipfel des Berges verborgen liegt. Sie erkundeten das Land, auf dem die Entwurfsarbeiten beginnen sollten, Zentimeter für Zentimeter mit ihren Schritten und spürten die raue Natur und die schwache ökologische Umgebung hier noch deutlicher.

„Der Berg hat eine lange Schnee- und Eisperiode und ist kalt und sauerstoffarm. Aus gestalterischer Sicht ist es sehr schwierig, eine normale Bauweise zu gewährleisten“, sagte Hu Bin. „Hinzu kommt, dass es auf dem Berg viele Seen gibt, der ein Naturschutzgebiet ist und hohe Standards im Umweltschutz einhalten muss.“

Unter den Bedingungen der natürlichen Umgebung wurden im Rahmen des Projekts die technischen Standards „eine Vermeidung und fünf Präventionen“ vorgeschlagen, darunter Lichtvermeidung, Verhinderung von Sickerwasser, Staubvermeidung, Vermeidung von Umweltverschmutzung, Rostvermeidung und Frostvermeidung. „Das von uns entworfene Water Cherenkov Detector Array (WCDA) besteht aus drei großen Becken, die das ganze Jahr über Wasser speichern müssen. Es befindet sich auf einem Berg in einer Höhe von über 4.000 Metern. Nicht nur, dass wir so etwas noch nie zuvor gemacht haben, es gibt auch weder im In- noch im Ausland Präzedenzfälle als Referenz“, sagte Chen Xugang, stellvertretender Chefdesigner des Projekts.

Die vier Monate von März bis Juli 2017 waren für alle in der Projektabteilung kurz und lang zugleich. Ein Meilenstein in der Ingenieurskunst wurde nach dem anderen erreicht und technische Schwierigkeiten waren nur schwer zu überwinden. Daher hofften alle, dass die Zeit immer langsamer vergehen würde. Um die beispiellosen technischen Schwierigkeiten zu überwinden, ist es jedoch notwendig, viele Informationen zu lesen, auf viele Daten zurückzugreifen, wiederholt Berechnungen durchzuführen, mehrere Analysen durchzuführen und kontinuierlich zu optimieren. Diese Art der „seelischen Folter“ lässt alle beten, dass solche Tage bald enden.

Im Mai desselben Jahres wurde der vorläufige Machbarkeitsstudienplan für das Projekt fertiggestellt. im Juli bestanden die Konstruktionszeichnungen die Prüfung; Am 14. Juli eilten alle Mitglieder des Projektteams zur technischen Besprechung zur Baustelle und setzten auf „Schnelligkeit“ und „Qualität“, um sicherzustellen, dass dieses große Bauprojekt für die wissenschaftliche und technologische Infrastruktur planmäßig beginnen konnte. Im April 2019 wurde ein Wasser-Tscherenkow-Detektor im Maßstab 1:4 in den Probebetrieb genommen, und im Juli 2021 wurde ein Wasser-Tscherenkow-Detektor im Maßstab 1:1 in den Probebetrieb genommen, mit guten Ergebnissen.

Um sicherzustellen, dass das Projekt den Anforderungen wissenschaftlicher Forschung gerecht wird, hat das Designteam während des technischen Designprozesses innovative Maßnahmen zur Umleitung und Kontrolle des Wasserflusses vorgeschlagen: eine freitragende Stützmauer aus Stahlbeton mit dünnen Wänden, kombiniert mit einem Hybrid-Dachkonstruktionssystem aus Leichtstahl, ein flexibles HDPE-Sickerwasserschutz- und Detektoraufhängungssystem sowie ein thermisches Umgebungskontrollsystem ohne aktives Heizbecken bei großer Kälte. Diese Lösungen lösten Probleme wie etwa Schäden durch gefrierendes Grundwasser, Anforderungen an den Hochwasserschutz, Schutz vor Versickerung und Korrosion, Feuchtigkeitsaufnahme und Isolierung, erfüllten die Anforderungen für die Platzierung optischer Detektoren und gewährleisteten die Verwirklichung wichtiger nationaler wissenschaftlicher Forschungsziele.

Im Jahr 2021 beobachtete und zeichnete das High Altitude Cosmic Ray Observatory (LHAASO) eine große Anzahl ultrahochenergetischer kosmischer Beschleuniger, Gammaphotonen mit einer Energie von 1,4 Petaelektronenvolt und der Helligkeit von Standardkerzen für die Hochenergieastronomie auf und läutete damit die Ära der „Ultrahochenergie-Gammaastronomie“ ein. Unter ihnen trägt der Wasser-Tscherenkow-Detektor-Array-Pool den Titel „das weltweit empfindlichste Gerät zur Beobachtung von hochenergetischen Gammastrahlenquellen“.

Während der Bauarbeiten musste das Planungsteam häufig vor Ort sein, um Probleme zu lösen. Die Bauarbeiten fanden im Winter statt, was angesichts des ohnehin schon rauen Klimas in den Höhenlagen eine doppelte Belastung darstellte. Wir eilten oft vom Flughafen zur Baustelle, ohne Zeit zu haben, uns an die Umgebung des Plateaus zu gewöhnen. Tagsüber waren unsere Augen geschwollen und unser Kopf schmerzte, manchmal begleitet von häufigem Erbrechen. Nachts konnten wir aufgrund der Höhenkrankheit nicht gut schlafen. Hu Bin erinnerte sich: „Das Projekt wurde unter solchen Umständen abgeschlossen.“

Die Zeit wird sich nicht aufgrund menschlichen Willens ändern, aber die Zeit wird auf alle Bemühungen die beste Antwort geben. Mit dem High Altitude Cosmic Ray Observatory (LHAASO) wurde ein neues Forschungsfeld erschlossen und das Designteam des Chengdu Institute erhielt auch viele Auszeichnungen für das Water Cherenkov Detector Array (WCDA). Hinter dem Ruhm verbirgt sich eine Mentalität der Sauerstoffknappheit und Unsicherheit, der Mut, voranzukommen, egal wie schwierig es ist, und der Geist, Herausforderungen nicht zu fürchten und Innovationen zu wagen.