光明日報：中國走近世界射電天文舞臺中央
文章來源：光明日報 發布時間：2018-02-07
圖為平方公里陣列射電望遠鏡首臺天線正樣樣機。記者 張蕾攝/光明圖片
2月6日，由我國主導研發的國際大科學工程——平方公里陣列射電望遠鏡（Square Kilometre Array，以下簡稱SKA）首臺天線正樣樣機，在河北石家莊中國電子科技集團公司第五十四所工程現場舉行了出廠儀式。
2012年，我國正式參與SKA建設，與其他成員國一起推動建立SKA政府間國際組織，并深度參與SKA的工程研發。2017年，由中國電子科技集團公司第五十四所和國家天文臺聯合成立的射電天文技術聯合實驗室成為SKA國際天線工作包聯盟新的牽頭單位，聯合來自南非、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。通過5年的攻關協作，如今已成功出廠的首臺天線正樣樣機，不僅在技術上滿足所有性能指標，還將天線重量減少到以往同類產品的2/3，大大降低了建設成本，提高了建設效率，為未來SKA項目的順利實施奠定了強有力的基礎。那么，國際大科學工程SKA到底可以用來做什么，為何會有多個國家熱情參與和支持？首臺天線正樣樣機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，本報記者采訪了SKA組織相關負責人和中國專家代表。
從“宇宙的黎明”中發現微弱信號
“一片雪花掉落地面時產生的能量，超過了迄今為止射電天文領域接收到的所有能量——這讓我們了解到這些射電信號多么微弱，以及為了拾取這些信號，系統需要多么敏銳。要試圖從‘宇宙的黎明’中發現這些微弱信號，需要一個巨大的接收面積。科學家試圖回答關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計的一個望遠鏡。”談到SKA設計的初衷，SKA組織總干事菲利普·迪亞蒙德（Philip Diamond）如是說。
SKA計劃始于1993年。當時，在國際無線電科學聯盟于日本舉行的大會上，10個國家的天文學家聯合提議建造一個巨型射電望遠鏡陣列。“SKA并非一個直徑達1公里的射電天線，而是由幾千個較小的天線構成的巨型射電望遠鏡陣列。”SKA國際天線工作包聯盟主席王楓解釋道。據他介紹，SKA的臺址位于澳大利亞、南非及南部非洲8個國家的無線電寧靜區域，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心的‘宇宙黎明’和‘生命搖籃’等科學之謎，回答關于宇宙的基本問題，例如宇宙的第一縷曙光、宇宙的結構形成、宇宙中的生命起源等，涉及天文、無線電、信息科學、系統科學等基礎與高技術領域，這些問題必將開辟人類認識宇宙的新紀元。”談起各國科研機構為何不遺余力地聯合開展這項大科學工程研究時，中國電科54所所長張桂華表示。
2011年，包括中國在內的7個國家作為創始成員國成立了SKA獨立法人機構——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個成員國，總部設在英國。為保證各成員國政府提供穩定的經費支持，確保SKA項目長期有效運行并享有特權與豁免待遇，各成員國擬通過談判建立一個具有法律約束力的國際組織，協調管理未來SKA項目的建設和運行。“2015年10月已經啟動了政府間正式談判，預計將于2018年上半年擇期簽署SKA天文臺公約，2019年啟動采購招標，2020年全面開工建設。”王楓向記者透露這項工作的進展。
為人類共同關注的問題貢獻中國力量
為做好SKA工程建設的準備工作，SKA組織于2013年向全球發布了11個工作包研發任務，近百家國際科研機構形成工作包國際聯盟，面向SKA需求共同開展科技攻關。其中，SKA反射面天線工作包聯盟由來自澳大利亞、南非、中國、加拿大、意大利、瑞典、英國、德國、西班牙9個國家的20家研究機構和大學組成，射電天文技術聯合實驗室代表中國參加該聯盟的研發工作。
2017年5月，澳大利亞卸任該聯盟主席，由參與各方推薦人選競選新任主席。鑒于天線性能關乎SKA整體性能和科學目標的實現，而天線的成本也將直接影響SKA的整體造價，各成員國對天線研發和后續工作高度重視，導致對聯盟主席這一職位的競爭異常激烈。最終，在科技部國際合作司和SKA中國辦公室的積極推動下，來自中國的射電天文技術聯合實驗室成功成為新的牽頭單位，中國電科54所專家王楓當選為聯盟主席。
“在數年的合作與競爭中，我國從最初參與國際聯盟、跟隨研發到現在牽頭主導核心工作包工作，不僅在技術上實現了從跟跑向并跑、領跑的邁進，更鍛煉和提高了政府部門在國際科技合作和國際大科學工程中的組織協調能力。”在科技部副部長黃衛看來，此次天線樣機的成功研制，不僅展現了中國智慧，還代表了我國持續參與國際大科學工程的決心。
顯然，作為SKA工程研發的一個重大成果，天線樣機的研制成功具有重要里程碑意義，必將在整個SKA發展歷程中留下濃墨重彩的一筆。對此，菲利普·迪亞蒙德給予了高度評價：“我們的中國同事對類似的技術有著極為豐富的經驗。基于這些經驗來建造SKA，是我們能夠擁有一個成本可控的反射面天線的關鍵。這一原型機正在中國拔地而起，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，我們還將在數據處理、孔徑陣列、時間同步等工作包中繼續與各方深化研發合作，在開放合作中相互學習、借鑒、提高。”黃衛表示，中方將以參加SKA國際大科學工程為契機，繼續積極融入全球創新網絡，推動中國方案、中國技術、中國智慧逐漸走近世界射電天文舞臺的中央。（記者 張蕾）
【責任編輯：語謙】
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