光明日?qǐng)?bào)：中國走近世界射電天文舞臺(tái)中央
文章來源：光明日?qǐng)?bào) 發(fā)布時(shí)間：2018-02-07
圖為平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡首臺(tái)天線正樣樣機(jī)。記者 張蕾攝/光明圖片
2月6日，由我國主導(dǎo)研發(fā)的國際大科學(xué)工程——平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（Square Kilometre Array，以下簡(jiǎn)稱SKA）首臺(tái)天線正樣樣機(jī)，在河北石家莊中國電子科技集團(tuán)公司第五十四所工程現(xiàn)場(chǎng)舉行了出廠儀式。
2012年，我國正式參與SKA建設(shè)，與其他成員國一起推動(dòng)建立SKA政府間國際組織，并深度參與SKA的工程研發(fā)。2017年，由中國電子科技集團(tuán)公司第五十四所和國家天文臺(tái)聯(lián)合成立的射電天文技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成為SKA國際天線工作包聯(lián)盟新的牽頭單位，聯(lián)合來自南非、德國、意大利等國家的20家科研單位，共同開展SKA反射面天線研發(fā)。通過5年的攻關(guān)協(xié)作，如今已成功出廠的首臺(tái)天線正樣樣機(jī)，不僅在技術(shù)上滿足所有性能指標(biāo)，還將天線重量減少到以往同類產(chǎn)品的2/3，大大降低了建設(shè)成本，提高了建設(shè)效率，為未來SKA項(xiàng)目的順利實(shí)施奠定了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。那么，國際大科學(xué)工程SKA到底可以用來做什么，為何會(huì)有多個(gè)國家熱情參與和支持？首臺(tái)天線正樣樣機(jī)的研制成功意味著什么，中國又在其中扮演著怎樣的角色？帶著這些問題，本報(bào)記者采訪了SKA組織相關(guān)負(fù)責(zé)人和中國專家代表。
從“宇宙的黎明”中發(fā)現(xiàn)微弱信號(hào)
“一片雪花掉落地面時(shí)產(chǎn)生的能量，超過了迄今為止射電天文領(lǐng)域接收到的所有能量——這讓我們了解到這些射電信號(hào)多么微弱，以及為了拾取這些信號(hào)，系統(tǒng)需要多么敏銳。要試圖從‘宇宙的黎明’中發(fā)現(xiàn)這些微弱信號(hào)，需要一個(gè)巨大的接收面積。科學(xué)家試圖回答關(guān)于宇宙的一些基本問題，SKA正是為了回答這些具體問題而設(shè)計(jì)的一個(gè)望遠(yuǎn)鏡。”談到SKA設(shè)計(jì)的初衷，SKA組織總干事菲利普·迪亞蒙德（Philip Diamond）如是說。
SKA計(jì)劃始于1993年。當(dāng)時(shí)，在國際無線電科學(xué)聯(lián)盟于日本舉行的大會(huì)上，10個(gè)國家的天文學(xué)家聯(lián)合提議建造一個(gè)巨型射電望遠(yuǎn)鏡陣列。“SKA并非一個(gè)直徑達(dá)1公里的射電天線，而是由幾千個(gè)較小的天線構(gòu)成的巨型射電望遠(yuǎn)鏡陣列。”SKA國際天線工作包聯(lián)盟主席王楓解釋道。據(jù)他介紹，SKA的臺(tái)址位于澳大利亞、南非及南部非洲8個(gè)國家的無線電寧靜區(qū)域，接收面積約1平方公里，建成后將比目前世界最大射電望遠(yuǎn)鏡陣列JVLA（Jansky Very Large Array）的靈敏度提高約50倍，巡天速度提高約10000倍。
“SKA致力于揭示人類共同關(guān)心的‘宇宙黎明’和‘生命搖籃’等科學(xué)之謎，回答關(guān)于宇宙的基本問題，例如宇宙的第一縷曙光、宇宙的結(jié)構(gòu)形成、宇宙中的生命起源等，涉及天文、無線電、信息科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等基礎(chǔ)與高技術(shù)領(lǐng)域，這些問題必將開辟人類認(rèn)識(shí)宇宙的新紀(jì)元。”談起各國科研機(jī)構(gòu)為何不遺余力地聯(lián)合開展這項(xiàng)大科學(xué)工程研究時(shí)，中國電科54所所長(zhǎng)張桂華表示。
2011年，包括中國在內(nèi)的7個(gè)國家作為創(chuàng)始成員國成立了SKA獨(dú)立法人機(jī)構(gòu)——SKA組織。目前該組織擁有澳大利亞、加拿大、中國、印度、意大利、新西蘭、南非、瑞典、荷蘭和英國10個(gè)成員國，總部設(shè)在英國。為保證各成員國政府提供穩(wěn)定的經(jīng)費(fèi)支持，確保SKA項(xiàng)目長(zhǎng)期有效運(yùn)行并享有特權(quán)與豁免待遇，各成員國擬通過談判建立一個(gè)具有法律約束力的國際組織，協(xié)調(diào)管理未來SKA項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)行。“2015年10月已經(jīng)啟動(dòng)了政府間正式談判，預(yù)計(jì)將于2018年上半年擇期簽署SKA天文臺(tái)公約，2019年啟動(dòng)采購招標(biāo)，2020年全面開工建設(shè)。”王楓向記者透露這項(xiàng)工作的進(jìn)展。
為人類共同關(guān)注的問題貢獻(xiàn)中國力量
為做好SKA工程建設(shè)的準(zhǔn)備工作，SKA組織于2013年向全球發(fā)布了11個(gè)工作包研發(fā)任務(wù)，近百家國際科研機(jī)構(gòu)形成工作包國際聯(lián)盟，面向SKA需求共同開展科技攻關(guān)。其中，SKA反射面天線工作包聯(lián)盟由來自澳大利亞、南非、中國、加拿大、意大利、瑞典、英國、德國、西班牙9個(gè)國家的20家研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)組成，射電天文技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室代表中國參加該聯(lián)盟的研發(fā)工作。
2017年5月，澳大利亞卸任該聯(lián)盟主席，由參與各方推薦人選競(jìng)選新任主席。鑒于天線性能關(guān)乎SKA整體性能和科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，而天線的成本也將直接影響SKA的整體造價(jià)，各成員國對(duì)天線研發(fā)和后續(xù)工作高度重視，導(dǎo)致對(duì)聯(lián)盟主席這一職位的競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。最終，在科技部國際合作司和SKA中國辦公室的積極推動(dòng)下，來自中國的射電天文技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成功成為新的牽頭單位，中國電科54所專家王楓當(dāng)選為聯(lián)盟主席。
“在數(shù)年的合作與競(jìng)爭(zhēng)中，我國從最初參與國際聯(lián)盟、跟隨研發(fā)到現(xiàn)在牽頭主導(dǎo)核心工作包工作，不僅在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了從跟跑向并跑、領(lǐng)跑的邁進(jìn)，更鍛煉和提高了政府部門在國際科技合作和國際大科學(xué)工程中的組織協(xié)調(diào)能力。”在科技部副部長(zhǎng)黃衛(wèi)看來，此次天線樣機(jī)的成功研制，不僅展現(xiàn)了中國智慧，還代表了我國持續(xù)參與國際大科學(xué)工程的決心。
顯然，作為SKA工程研發(fā)的一個(gè)重大成果，天線樣機(jī)的研制成功具有重要里程碑意義，必將在整個(gè)SKA發(fā)展歷程中留下濃墨重彩的一筆。對(duì)此，菲利普·迪亞蒙德給予了高度評(píng)價(jià)：“我們的中國同事對(duì)類似的技術(shù)有著極為豐富的經(jīng)驗(yàn)。基于這些經(jīng)驗(yàn)來建造SKA，是我們能夠擁有一個(gè)成本可控的反射面天線的關(guān)鍵。這一原型機(jī)正在中國拔地而起，最終將有133面天線矗立在南非。”
“未來，在做好天線工作包的同時(shí)，我們還將在數(shù)據(jù)處理、孔徑陣列、時(shí)間同步等工作包中繼續(xù)與各方深化研發(fā)合作，在開放合作中相互學(xué)習(xí)、借鑒、提高。”黃衛(wèi)表示，中方將以參加SKA國際大科學(xué)工程為契機(jī)，繼續(xù)積極融入全球創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)中國方案、中國技術(shù)、中國智慧逐漸走近世界射電天文舞臺(tái)的中央。（記者 張蕾）
【責(zé)任編輯：語謙】
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