中國電科54所為“地球之眼”提供天線解決方案

　　全球最大天線陣列射電望遠鏡首臺天線在石啟動

　　標志著我國在SKA核心設備研發(fā)中開始發(fā)揮引領和主導作用

　　2月6日下午，由中國主導研制的國際大科學工程SKA首臺天線在石家莊出廠。圖為在工程現(xiàn)場矗立的SKA首臺天線樣機。 記者耿輝攝

　　河北新聞網(wǎng)2月6日訊（記者郭偉、張懷?。坝檬澜缟献畲蟮奶炀€陣列射電望遠鏡探索宇宙”，今天，高掛在平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）首臺天線出廠儀式現(xiàn)場的標語振奮人心。下午3時許，在位于石家莊鹿泉區(qū)的中國電科54所工程現(xiàn)場，隨著中國電科54所所長張桂華啟動天線按鈕，由我國主導研發(fā)、被稱為“地球之眼”的國際大科學工程——平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）首臺正樣樣機（SKA-P）宣布正式出廠啟動。這標志著我國在SKA核心設備研發(fā)中開始發(fā)揮引領和主導作用，并在國際大科學工程中為世界成功提供“天線解決方案”。

　　“SKA將開辟人類認識宇宙的新紀元?！庇蒘KA組織、SKA中國辦公室主辦，中國電科54所、中國科學院國家天文臺等承辦的出廠儀式現(xiàn)場，有關專家介紹，SKA總接收面積達一平方公里,相當于140個足球場大。它將分布在位于澳大利亞、南非及非洲南部8個國家的無線電寧靜區(qū)域，在約3000公里的廣袤荒野中，將建設2500面15米口徑反射面天線。從空中望去，它就像靜靜伏在地球表面的一只巨大“海星”，延伸著長長的“觸角”，傾聽來自宇宙最深處的聲音。

　　2月6日下午，由中國主導研制的國際大科學工程SKA首臺天線在石家莊出廠。圖為在工程現(xiàn)場矗立的SKA首臺天線樣機。 記者郭偉攝

　　這一人類有史以來最龐大的科學工程絕非一國之力可以完成。SKA約有來自20個國家、上百所大學和科研機構(gòu)的天文學家和工程師參與其中，是由多國合作、共同出資的國際大科學工程。

　　今天啟動的SKA-P是中國電科54所主導研制的SKA首臺正樣樣機。在10米高的底座上，它就像一只機敏靈活的“大耳朵”，俯仰之間，可從15°到90°緩緩掃過天際；水平轉(zhuǎn)動，可左右270°從容巡視天空。SKA總干事菲利普·戴爾蒙德對于這一天線給予高度評價。

　　這是一只精密的“大耳朵”。它包含主副兩個反射面，主反射面是一個15×20米的長六邊形，面積達235平方米，超過半個籃球場大，由66塊曲率各不相同、邊長約3米的三角型面板拼裝而成，單塊三角型面板精度可達0.1毫米。

　　2月6日下午，由中國主導研制的國際大科學工程SKA首臺天線在石家莊出廠。圖為出廠儀式現(xiàn)場。 記者耿輝攝

　　這是一只靈敏的“大耳朵”。在重力、溫度和風載荷影響下，其俯仰工作范圍內(nèi)，主反射面的精度可達0.5毫米，副反射面精度可達0.2毫米。反射面的精度直接影響天線的靈敏度，SKA-P的工作頻率為0.3-20GHz。同時，它還采用高電磁屏蔽天線座架設計，實現(xiàn)了160dB的高電磁屏蔽指標，從而使天線能更加專注地傾聽來自宇宙的聲音。

　　2月6日下午，由中國主導研制的國際大科學工程SKA首臺天線在石家莊出廠。圖為天線正式啟動。 記者耿輝攝

　　這是一只強大的“大耳朵”。它采用了全數(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)的保型設計，實現(xiàn)了千分之三度的高指向精度，當接收到觀測指令時，它能精確地指向待測目標。同時，分布在3000公里范圍的幾千面天線還能同步對準同一觀測目標，并持續(xù)同步跟蹤觀測，實現(xiàn)最大接收效率，真正做到了“步調(diào)一致聽指揮”的高指向一致性。

　　靈敏度和巡天速度是評判射電望遠鏡優(yōu)劣非常重要的兩個指標。靈敏度越高，天線就“看”得越遠，探測宇宙的能力也越強；巡天速度越快，天線“掃描”和“觀測”同一天區(qū)的速度就越快，工作效率也就越高。綜合兩方面因素，SKA建成后將成為地球上最大、最先進的科學設施，比目前最大的射電望遠鏡陣列——美國EVLA的靈敏度提高50倍、巡天速度提高10000倍。

　　2月6日下午，由中國主導研制的國際大科學工程SKA首臺天線在石家莊出廠。圖為出廠儀式現(xiàn)場。 記者耿輝攝

　　透過SKA這只巨大的“地球之眼”，人類將有望觀察到天空中從未被發(fā)現(xiàn)過的細節(jié)。宇宙的“第一縷曙光”在哪里？第一個恒星和星系是如何形成的？暗能量究竟是怎樣的一種神秘力量？愛因斯坦是對的嗎？當然還有無數(shù)人渴望得到解答的那個問題：我們在宇宙中是孤獨的嗎？有專家稱，通過SKA“繪制”的宇宙“圖景”，人類或?qū)㈩嵏矊τ钪婧突疚锢矶傻睦斫狻?/p>

　　2011年，包括我國在內(nèi)的7個創(chuàng)始成員國聯(lián)合成立了SKA獨立法人機構(gòu)SKA組織（SKAO），并在英國設立總部。目前，SKAO已發(fā)展至10個成員國，另有多個國家正在申請加入。

　　2月6日下午，由中國主導研制的國際大科學工程SKA首臺天線在石家莊出廠。圖為天線正式啟動。 記者郭偉攝

　　2013年，SKAO向全球發(fā)布包括基礎建設在內(nèi)的11個工作包任務，其中天線工作包是其中最主要、最核心的部分。同年，SKA反射面天線工作包聯(lián)盟成立。為更好地發(fā)揮中方優(yōu)勢和作用，SKA中國辦公室應運而生，由中國電科54所和國家天文臺共同組建射電天文技術(shù)聯(lián)合實驗室，代表我國參與SKA反射面天線的設計研發(fā)。2015年11月，SKA反射面天線工作包聯(lián)盟在加拿大召開國際專家評審會，中國電科54所提交的SKA天線初步設計方案，因在性能、技術(shù)成熟度、工程可實施性和成本等方面的顯著優(yōu)勢，最終被宣布為SKA后續(xù)研發(fā)唯一設計方案。從此，在SKA國際大科學工程中，我國正式從跟跑進入領跑，開始為世界提供“天線解決方案”。

　　SKA天線樣機（資料片）

　　2016年12月，由中國電科54所提交的SKA天線詳細設計方案順利通過評審，進入天線樣機制造階段。綜合考慮天線的性能和成本，通過千百次的建模計算、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、仿真測試、工藝試驗，SKA首臺天線具備了高性能、輕量化、低功耗、低成本、易安裝、易測試、日常維護簡便、使用壽命長、易批量生產(chǎn)和運輸?shù)奶攸c，體現(xiàn)了我國在天線領域的技術(shù)優(yōu)勢、智慧和能力。由于我國在SKA反射面天線中的突出貢獻，2017年10月，在多國的激烈競爭博弈中，我國射電天文技術(shù)聯(lián)合實驗室成為SKA反射面天線工作包聯(lián)盟的牽頭單位作，全面領導SKA工程核心設備研發(fā)，體現(xiàn)了我國在射電天文領域的技術(shù)創(chuàng)新和突破。