中国电科主导研制的全球最大射电天文望远镜阵列 首台天线正式发布 | 重磅

中电科智慧院2020-06-29 10:58:42

“天线样机的成功研制不仅是SKA工程研发的一个重大成果,它还展现了中国智慧,代表了我国持续参与国际大科学工程的实力和决心。”国家科技部副部长黄卫说。


“中国电科能够参加21世纪人类最伟大工程之一SKA的建设,并成功研制首台天线,这是SKA工程研发的一个重大成果,具有重要里程碑意义。”河北省政协副主席葛会波说。

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《SKA宣传片》


2月6日下午,由中国主导研制的国际大科学工程SKA(平方公里阵列射电望远镜)首台天线(SKA-P)在中国电子科技集团有限公司网络通信子集团54所(简称54所)正式发布。这是继2015年12月,54所提交的新颖天线设计方案成为SKA后续研发的唯一方案后,又一重大里程碑事件。中国电科总经理刘烈宏出席发布仪式,并发表致辞。




发布仪式由国家科技部国际合作司司长叶冬柏主持,国家科技部副部长黄卫、河北省政协副主席葛会波、中科院秘书长邓麦村、SKA组织总干事菲利普·戴蒙德等出席活动并致辞。来自10余个国家的天文和工程技术专家、SKA天线工作包联盟参与国科技、商务参赞,SKA组织、中国科技部、中科院、国家自然科学基金委、SKA中国办公室、河北省科技厅等单位的领导和专家参加活动。


SKA-P,综合性能全球领先的 “大耳朵”


下午3点15分,一声“启动”,SKA首台天线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,这一时刻标志着它的正式面世。



 “SKA-P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,由全球多个国家出资建造。作为参与SKA项目的创始国之一,中国自2013年以来,与国际伙伴一起历时5年,通过国际大协作共同完成了SKA天线的研发工作。SKA项目也是继中国参与热核聚变项目之后,参与的第二个最具影响力的国际大科学工程。



作为军工电子国家队和信息产业主力军,中国电科一直致力于通过国际交流合作提升自身的科技水平。在致辞中,刘烈宏对所有参与SKA相关工作的科技人员表达了谢意。他表示,中国电科高度重视SKA项目,专门成立SKA项目领导小组及办公室,从集团层面协调推进SKA相关工作。集团公司54所、38所、32所等多家单位参与了SKA工作,特别是54所参加了天线工作包,并在其中发挥了重要作用,这体现了中国电科的技术实力和国际合作的参与能力。


SKA-P的成功研制,是54所历经五年时间主导研制出的SKA首台样机,在多个领域的综合性能实现了全球领先。



这是一只精密的“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,而单块三角型面板的精度保持在0.1毫米。


这是一只灵敏的“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、温度和风力影响下,在其俯仰工作范围内,SKA-P主反射面的精度高达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160dB的高电磁屏蔽指标。如果把天线的灵敏度比作“倾听的能力”,那么,高电磁屏蔽则是为天线屏蔽掉了电子设备辐射的电磁信号干扰,让“耳朵”更加专注于倾听宇宙的声音。


这是一只强大的“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-P启动,SKA工程进入建设阶段


SKA-P的面世,经历了概念天线研制、初步设计方案、详细设计方案、首台样机等多个研发阶段。在研制过程中,中国的地位和作用日益提升。



为验证SKA反射面天线的概念设计是否可行,2014年8月17日,54所成功研制出SKA中国验证天线(DVA-C)。该天线的成功建成,标志着中国成为世界上仅有的两个掌握该技术的国家之一。


“该天线面型精度0.8毫米,研制用时仅10个月,达到世界领先水平。”SKAO总干事菲利普•戴蒙德在现场视察时给予高度评价,盛赞其体现了“中国速度”。


验证天线的成功,为中国参与SKA天线初步设计方案的竞争奠定了坚实的基础。2015年11月,经过SKA天线工作包联盟和SKA组织的国际专家评审,54所提交的SKA天线初步设计方案,成为SKA后续研发的唯一设计方案,标志着中国开始在国际大科学工程中发挥引领作用。


2017年10月,中国电科SKA办公室副主任王枫当选联盟新主席,54所和国家天文台共同组建的射电天文技术联合实验室成为SKA天线工作包联盟牵头单位,实现了中国首次牵头国际大科学工程核心工作包。


正是有了前面的工作,才有了SKA-P的正式启动。


据王枫介绍,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和科学观测基础。



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。


“未来,中国电科一定会高质量达成项目目标,与全球顶尖科研单位、科学家一道,为人类探索宇宙贡献力量。”刘烈宏说。


【延伸阅读】关于SKA

方公里阵列射电天文望远镜(SKA)始于上世纪九十年代初,是人类有史以来在建的最大射电望远镜,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了项目研发。


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,在约3000公里的广袤荒野中,将建设2500面15米口径反射面天线(Dish)。可以想象,几千面天线,从中心向外呈旋臂状延伸,从空中望去,如同静静伏在地球表面的一只巨大“海星”,延伸着长长的“触角”,倾听来自宇宙最深处的声音。


SKA之所以叫平方公里阵列,是因为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。建成后,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。


专家认为,SKA将为人类认识宇宙提供重要机遇,开启人类探测宇宙的新纪元,它承载着人类研究天体形成和演化、生命起源、暗物质和暗能量分布、验证爱因斯坦相对论等重大科学命题的使命,也集成了目前最先进的科学技术。通过对SKA相关科学目标和关键技术的研究,将能促进天文前沿研究和方法创新,大幅提升天文、基础物理、信息科学等基础科学的研究水平。

来源:中国电科微信公众号

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