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    世界最庞大天文设备SKA首台天线在华诞生

    2018-02-06 23:36:04   来源:人民网

      

      SKA首台天线

      人民网北京2月6日电(赵竹青)由我国主导研制的国际大科学工程“平方公里阵列射电望远镜”(SKA)首台天线(SKA-P)今日在中国电子科技集团公司第54研究所启动。

      下午3点15分,一声“启动”,SKA-P在10米高的底座上,缓缓转动反射体,犹如一只机敏灵活的“大耳朵”,俯仰之间,从15°到90°,缓缓扫过天际;水平转动,左右270°,从容巡视天空。

      “它的成功研制,标志着中国在SKA核心设备研发中发挥引领和主导作用,在国际大科学工程中,为世界成功提供‘天线解决方案’。”中国电科总经理刘烈宏说。

      SKA:人类有史以来建造的最庞大天文设备

      SKA始于上世纪九十年代初,是国际天文界计划建造的世界最大综合孔径射电望远镜,也是人类有史以来建造的最庞大天文设备。它是多国合作、共同出资的国际大科学工程。全球约20个国家上百个大学和科研机构的天文学家和工程师参与项目研发。

      SKA项目也是继中国参与热核聚变项目之后,参与的第二个国际大科学工程。

      SKA选址在澳大利亚、南非及非洲南部8个国家的无线电宁静区域, 将在约3000公里的广袤荒野中,建设2500面15米口径反射面天线。组成阵列的射电望远镜总接收面积达一平方公里,相当于140个足球场大。

      “SKA的建设将为现有工程技术和研发水平带来质的飞跃,颠覆人类对宇宙和基本物理定律的理解。”SKA天线工作包联盟主席、中国电科SKA办公室副主任、54所专家王枫介绍。

      王枫说,灵敏度和巡天速度是射电望远镜非常重要的两个指标。灵敏度越高,天线“看”得就越远,探测宇宙的能力就越强;巡天速度越快,天线“扫描”和“观测”同一天区的速度就越快,天线的工作效率就越高。SKA将成为地球上最大、最先进的科学设施,比目前最大的射电望远镜阵列——美国EVLA的灵敏度提高50倍,巡天速度提高10000倍。据专家估计,建成后的SKA,其性能在本世纪至少保持30-50年的领先地位。

      

      SKA天线阵列示意图

      SKA-P:综合性能全球领先的 “大耳朵”

      在SKA组织向全球发布的包括基础建设在内的11个工作包任务中,天线工作包是其中最主要、最核心的部分。在SKA国际大科学工程中,中国一路从跟跑进入领跑,最终在激烈的竞争中脱颖而出,开始为世界提供最核心的“天线解决方案”。

      SKA-P就是中国电子科技集团公司第54研究所历经五年时间主导研制出的SKA首台样机,在多个领域综合性能实现全球领先。

      记者从54所了解到,SKA-P是一只“精密”的“耳朵”。SKA-P包含主副两个反射面,主反射面是一个15×20米的长六边形,由66块曲率各不相同、边长约3米的三角型面板拼装而成,面积达235平方米,超过半个篮球场大,而单块三角型面板仅有0.1毫米的精度。

      它也是一只灵敏的“耳朵”。反射面的精度直接影响天线的灵敏度。据54所SKA天线总设计师杜彪介绍,在重力、温度和风载荷影响下,在其俯仰工作范围内,SKA-P主反射面的精度达到0.5毫米,副反射面精度达0.2毫米,综合性价比超过目前所有同类天线。同时,它采用高电磁屏蔽天线座架设计,实现了高电磁屏蔽指标。如果把天线的灵敏度比作“倾听的能力”,那么,高电磁屏蔽则是为这只“耳朵”倾听宇宙声音,屏蔽掉电子设备辐射的电磁信号,让天线更加专注于宇宙目标。

      它还是一只强大的“耳朵”。SKA-P采用全数字高精度伺服驱动控制系统、高精度座架和天线结构的保型设计,实现了千分之三度的高指向精度,当接收到观测指令时,它能精确地指向待测目标。同时,分布在3000公里范围的几千面天线要同步对准同一观测目标,并持续同步跟踪观测,实现最大的接收效率,SKA-P在设计制造中实现了“步调一致听指挥”的“高指向一致性”。

      

      SKA天线阵列示意图

      SKA-P启动,SKA工程进入建设阶段

      王枫介绍,SKA-P启动后,下一步, SKA工程将进入建设阶段。

      SKA建设包括SKA1和SKA2两个阶段,SKA1建设阶段项目总投入约6.74亿欧元,预计在三年左右建成130台天线,该阶段为试观测阶段,为SKA2大批量生产奠定工程技术、科学观测等基础。

      目前,SKA各成员国正在协商出台SKA天文台公约。据了解,SKA1建成后,各成员国可以按照出资情况和贡献度按比例获得一定的观测时间,可以共享SKA获得的各项原始数据。

      SKA横跨两个大陆,其最长基线距离是3000公里,基线越大,望远镜的分辨率越高,观测就越精细,“绘制”的宇宙“图景”也更有价值,更让人期待。

      “它将探测宇宙、星系的起源和演化,寻找更多的星系,探寻孕育生命的新摇篮、搜索外星生命等。它还将致力于揭示和回答关于‘基本力’问题。比如,检验爱因斯坦的广义相对论正确与否;探寻宇宙磁场从哪里来,怎么演化的。”54所SKA反射面天线总设计师杜彪告诉记者。

      “SKA‘看’得更远,‘看’得更清楚,必定会发现更多的天外星系,为人类带来很多意想不到的科学发现,一定会极大地推动我国天文、物理及信息技术等相关领域的研究水平,提高我国在国际上的影响力和地位。”杜彪说。

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    [责任编辑: dongxuan]
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