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中国走近世界射电天文舞台中央

2018-02-08 08:24 来源:光明日报网络版

  2月6日,由我国主导研发的国际大科学工程——平方公里阵列射电望远镜(Square Kilometre Array,以下简称SKA)首台天线正样样机,在河北石家庄中国电子科技集团公司第五十四所工程现场举行了出厂仪式。

  2012年,我国正式参与SKA建设,与其他成员国一起推动建立SKA政府间国际组织,并深度参与SKA的工程研发。2017年,由中国电子科技集团公司第五十四所和国家天文台联合成立的射电天文技术联合实验室成为SKA国际天线工作包联盟新的牵头单位,联合来自南非、德国、意大利等国家的20家科研单位,共同开展SKA反射面天线研发。通过5年的攻关协作,如今已成功出厂的首台天线正样样机,不仅在技术上满足所有性能指标,还将天线重量减少到以往同类产品的2/3,大大降低了建设成本,提高了建设效率,为未来SKA项目的顺利实施奠定了强有力的基础。那么,国际大科学工程SKA到底可以用来做什么,为何会有多个国家热情参与和支持?首台天线正样样机的研制成功意味着什么,中国又在其中扮演着怎样的角色?带着这些问题,本报记者采访了SKA组织相关负责人和中国专家代表。

  从“宇宙的黎明”中发现微弱信号

  “一片雪花掉落地面时产生的能量,超过了迄今为止射电天文领域接收到的所有能量——这让我们了解到这些射电信号多么微弱,以及为了拾取这些信号,系统需要多么敏锐。要试图从‘宇宙的黎明’中发现这些微弱信号,需要一个巨大的接收面积。科学家试图回答关于宇宙的一些基本问题,SKA正是为了回答这些具体问题而设计的一个望远镜。”谈到SKA设计的初衷,SKA组织总干事菲利普·迪亚蒙德(Philip Diamond)如是说。

  SKA计划始于1993年。当时,在国际无线电科学联盟于日本举行的大会上,10个国家的天文学家联合提议建造一个巨型射电望远镜阵列。“SKA并非一个直径达1公里的射电天线,而是由几千个较小的天线构成的巨型射电望远镜阵列。”SKA国际天线工作包联盟主席王枫解释道。据他介绍,SKA的台址位于澳大利亚、南非及南部非洲8个国家的无线电宁静区域,接收面积约1平方公里,建成后将比目前世界最大射电望远镜阵列JVLA(Jansky Very Large Array)的灵敏度提高约50倍,巡天速度提高约10000倍。

  “SKA致力于揭示人类共同关心的‘宇宙黎明’和‘生命摇篮’等科学之谜,回答关于宇宙的基本问题,例如宇宙的第一缕曙光、宇宙的结构形成、宇宙中的生命起源等,涉及天文、无线电、信息科学、系统科学等基础与高技术领域,这些问题必将开辟人类认识宇宙的新纪元。”谈起各国科研机构为何不遗余力地联合开展这项大科学工程研究时,中国电科54所所长张桂华表示。

  2011年,包括中国在内的7个国家作为创始成员国成立了SKA独立法人机构——SKA组织。目前该组织拥有澳大利亚、加拿大、中国、印度、意大利、新西兰、南非、瑞典、荷兰和英国10个成员国,总部设在英国。为保证各成员国政府提供稳定的经费支持,确保SKA项目长期有效运行并享有特权与豁免待遇,各成员国拟通过谈判建立一个具有法律约束力的国际组织,协调管理未来SKA项目的建设和运行。“2015年10月已经启动了政府间正式谈判,预计将于2018年上半年择期签署SKA天文台公约,2019年启动采购招标,2020年全面开工建设。”王枫向记者透露这项工作的进展。

  为人类共同关注的问题贡献中国力量

  为做好SKA工程建设的准备工作,SKA组织于2013年向全球发布了11个工作包研发任务,近百家国际科研机构形成工作包国际联盟,面向SKA需求共同开展科技攻关。其中,SKA反射面天线工作包联盟由来自澳大利亚、南非、中国、加拿大、意大利、瑞典、英国、德国、西班牙9个国家的20家研究机构和大学组成,射电天文技术联合实验室代表中国参加该联盟的研发工作。

  2017年5月,澳大利亚卸任该联盟主席,由参与各方推荐人选竞选新任主席。鉴于天线性能关乎SKA整体性能和科学目标的实现,而天线的成本也将直接影响SKA的整体造价,各成员国对天线研发和后续工作高度重视,导致对联盟主席这一职位的竞争异常激烈。最终,在科技部国际合作司和SKA中国办公室的积极推动下,来自中国的射电天文技术联合实验室成功成为新的牵头单位,中国电科54所专家王枫当选为联盟主席。   “在数年的合作与竞争中,我国从最初参与国际联盟、跟随研发到现在牵头主导核心工作包工作,不仅在技术上实现了从跟跑向并跑、领跑的迈进,更锻炼和提高了政府部门在国际科技合作和国际大科学工程中的组织协调能力。”在科技部副部长黄卫看来,此次天线样机的成功研制,不仅展现了中国智慧,还代表了我国持续参与国际大科学工程的决心。

  显然,作为SKA工程研发的一个重大成果,天线样机的研制成功具有重要里程碑意义,必将在整个SKA发展历程中留下浓墨重彩的一笔。对此,菲利普·迪亚蒙德给予了高度评价:“我们的中国同事对类似的技术有着极为丰富的经验。基于这些经验来建造SKA,是我们能够拥有一个成本可控的反射面天线的关键。这一原型机正在中国拔地而起,最终将有133面天线矗立在南非。”

  “未来,在做好天线工作包的同时,我们还将在数据处理、孔径阵列、时间同步等工作包中继续与各方深化研发合作,在开放合作中相互学习、借鉴、提高。”黄卫表示,中方将以参加SKA国际大科学工程为契机,继续积极融入全球创新网络,推动中国方案、中国技术、中国智慧逐渐走近世界射电天文舞台的中央。

编辑: 杨智明
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