由我國主導(dǎo)研制的國際大科學(xué)工程“平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡”（SKA）首臺天線（SKA－P）今日在中國電子科技集團(tuán)公司第54研究所啟動。
下午3點(diǎn)15分，一聲“啟動”，SKA－P在10米高的底座上，緩緩轉(zhuǎn)動反射體，猶如一只機(jī)敏靈活的“大耳朵”，俯仰之間，從15°到90°，緩緩掃過天際；水平轉(zhuǎn)動，左右270°，從容巡視天空。
“它的成功研制，標(biāo)志著中國在SKA核心設(shè)備研發(fā)中發(fā)揮引領(lǐng)和主導(dǎo)作用，在國際大科學(xué)工程中，為世界成功提供‘天線解決方案’。”中國電科總經(jīng)理劉烈宏說。
SKA：人類有史以來建造的最龐大天文設(shè)備
SKA始于上世紀(jì)九十年代初，是國際天文界計(jì)劃建造的世界最大綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，也是人類有史以來建造的最龐大天文設(shè)備。它是多國合作、共同出資的國際大科學(xué)工程。全球約20個(gè)國家上百個(gè)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)的天文學(xué)家和工程師參與項(xiàng)目研發(fā)。
SKA項(xiàng)目也是繼中國參與熱核聚變項(xiàng)目之后，參與的第二個(gè)國際大科學(xué)工程。
SKA選址在澳大利亞、南非及非洲南部8個(gè)國家的無線電寧靜區(qū)域， 將在約3000公里的廣袤荒野中，建設(shè)2500面15米口徑反射面天線。組成陣列的射電望遠(yuǎn)鏡總接收面積達(dá)一平方公里，相當(dāng)于140個(gè)足球場大。
“SKA的建設(shè)將為現(xiàn)有工程技術(shù)和研發(fā)水平帶來質(zhì)的飛躍，顛覆人類對宇宙和基本物理定律的理解。”SKA天線工作包聯(lián)盟主席、中國電科SKA辦公室副主任、54所專家王楓介紹。
王楓說，靈敏度和巡天速度是射電望遠(yuǎn)鏡非常重要的兩個(gè)指標(biāo)。靈敏度越高，天線“看”得就越遠(yuǎn)，探測宇宙的能力就越強(qiáng)；巡天速度越快，天線“掃描”和“觀測”同一天區(qū)的速度就越快，天線的工作效率就越高。SKA將成為地球上最大、最先進(jìn)的科學(xué)設(shè)施，比目前最大的射電望遠(yuǎn)鏡陣列――美國EVLA的靈敏度提高50倍，巡天速度提高10000倍。據(jù)專家估計(jì)，建成后的SKA，其性能在本世紀(jì)至少保持30－50年的領(lǐng)先地位。
SKA天線陣列示意圖
SKA－P：綜合性能全球領(lǐng)先的 “大耳朵”
在SKA組織向全球發(fā)布的包括基礎(chǔ)建設(shè)在內(nèi)的11個(gè)工作包任務(wù)中，天線工作包是其中最主要、最核心的部分。在SKA國際大科學(xué)工程中，中國一路從跟跑進(jìn)入領(lǐng)跑，最終在激烈的競爭中脫穎而出，開始為世界提供最核心的“天線解決方案”。
SKA－P就是中國電子科技集團(tuán)公司第54研究所歷經(jīng)五年時(shí)間主導(dǎo)研制出的SKA首臺樣機(jī)，在多個(gè)領(lǐng)域綜合性能實(shí)現(xiàn)全球領(lǐng)先。
記者從54所了解到，SKA－P是一只“精密”的“耳朵”。SKA－P包含主副兩個(gè)反射面，主反射面是一個(gè)15×20米的長六邊形，由66塊曲率各不相同、邊長約3米的三角型面板拼裝而成，面積達(dá)235平方米，超過半個(gè)籃球場大，而單塊三角型面板僅有0．1毫米的精度。
它也是一只靈敏的“耳朵”。反射面的精度直接影響天線的靈敏度。據(jù)54所SKA天線總設(shè)計(jì)師杜彪介紹，在重力、溫度和風(fēng)載荷影響下，在其俯仰工作范圍內(nèi)，SKA－P主反射面的精度達(dá)到0．5毫米，副反射面精度達(dá)0．2毫米，綜合性價(jià)比超過目前所有同類天線。同時(shí)，它采用高電磁屏蔽天線座架設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高電磁屏蔽指標(biāo)。如果把天線的靈敏度比作“傾聽的能力”，那么，高電磁屏蔽則是為這只“耳朵”傾聽宇宙聲音，屏蔽掉電子設(shè)備輻射的電磁信號，讓天線更加專注于宇宙目標(biāo)。
它還是一只強(qiáng)大的“耳朵”。SKA－P采用全數(shù)字高精度伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)、高精度座架和天線結(jié)構(gòu)的保型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了千分之三度的高指向精度，當(dāng)接收到觀測指令時(shí)，它能精確地指向待測目標(biāo)。同時(shí)，分布在3000公里范圍的幾千面天線要同步對準(zhǔn)同一觀測目標(biāo)，并持續(xù)同步跟蹤觀測，實(shí)現(xiàn)最大的接收效率，SKA－P在設(shè)計(jì)制造中實(shí)現(xiàn)了“步調(diào)一致聽指揮”的“高指向一致性”。
SKA天線陣列示意圖
SKA－P啟動，SKA工程進(jìn)入建設(shè)階段
王楓介紹，SKA－P啟動后，下一步， SKA工程將進(jìn)入建設(shè)階段。
SKA建設(shè)包括SKA1和SKA2兩個(gè)階段，SKA1建設(shè)階段項(xiàng)目總投入約6．74億歐元，預(yù)計(jì)在三年左右建成130臺天線，該階段為試觀測階段，為SKA2大批量生產(chǎn)奠定工程技術(shù)、科學(xué)觀測等基礎(chǔ)。
目前，SKA各成員國正在協(xié)商出臺SKA天文臺公約。據(jù)了解，SKA1建成后，各成員國可以按照出資情況和貢獻(xiàn)度按比例獲得一定的觀測時(shí)間，可以共享SKA獲得的各項(xiàng)原始數(shù)據(jù)。
SKA橫跨兩個(gè)大陸，其最長基線距離是3000公里，基線越大，望遠(yuǎn)鏡的分辨率越高，觀測就越精細(xì)，“繪制”的宇宙“圖景”也更有價(jià)值，更讓人期待。
“它將探測宇宙、星系的起源和演化，尋找更多的星系，探尋孕育生命的新?lián)u籃、搜索外星生命等。它還將致力于揭示和回答關(guān)于‘基本力’問題。比如，檢驗(yàn)愛因斯坦的廣義相對論正確與否；探尋宇宙磁場從哪里來，怎么演化的。”54所SKA反射面天線總設(shè)計(jì)師杜彪告訴記者。
“SKA‘看’得更遠(yuǎn)，‘看’得更清楚，必定會發(fā)現(xiàn)更多的天外星系，為人類帶來很多意想不到的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，一定會極大地推動我國天文、物理及信息技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的研究水平，提高我國在國際上的影響力和地位。”杜彪說。
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