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为“世界巨眼”装上“中国之眸”:人类探秘宇宙迈出新步伐

2018-02-08 09:02:12 | 标签:宇宙,中国之眸 | 编辑:谭茜尹 | 阅读数量:551 | 文章来源:新华网

6日下午,SKA——平方公里阵列射电望远镜首台天线样机在河北石家庄正式启动,这标志着由中国主导研制的SKA反射面天线即将进入正式建设阶段。

  人类探秘宇宙又将多一双“巨眼”。


  数千面天线从中心向外呈旋臂状铺展,延伸着长长的“触角”,恰似一只“巨眼”,用世界最大的天线阵列射电望远镜探秘宇宙:6日下午,SKA——平方公里阵列射电望远镜首台天线样机在河北石家庄正式启动,这标志着由中国主导研制的SKA反射面天线即将进入正式建设阶段。


  组成阵列的望远镜接收面积达1平方公里、足有140个足球场大,比目前最大的射电望远镜阵列灵敏度提高50倍。SKA总干事菲利普·戴蒙德评价说,作为多国合作的国际大科学工程,SKA将为人类认识宇宙提供历史新机遇。


  探秘宇宙的“世界巨眼”


  一声启动,10米高的底座上,反射体缓缓转动,犹如一只灵动的“眼眸”,俯仰之间,缓缓扫过天际;水平转动,从容巡视天空……SKA首台天线样机甫一亮相,便吸引了在场多国科学家、天文学家的目光。


  “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’。”中国电子科技集团总经理刘烈宏说。


  “这是国际大科学工程的里程碑事件。”菲利普·戴蒙德介绍,SKA始于上世纪九十年代初,是目前在建的全球最大综合孔径射电望远镜,是多国合作、共同出资的国际大科学工程。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。


  专家介绍,之所以命名为SKA,是因为组成阵列的射电望远镜总接收面积达1平方公里,相当于140个足球场大。


  “这是中国第一次正式牵头SKA工作包联盟工作,全面主持主导工程核心技术研发。从参与到主导,体现了中国在射电天文领域的技术迈进和突破,也为中国今后牵头和主导国际大科学工程积累了丰富经验。”中科院国家天文台副台长郝晋新说。


  这是一只“巨大的眼眸”。这一项目选址在澳大利亚、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。


  这是一只“灵敏的眼眸”。这一项目将成为世界上最大的综合孔径射电天文望远镜,比目前最大的射电望远镜阵列的灵敏度提高50倍,巡天速度提高10000倍。


  这是一只“全面的眼眸”。这一项目能够更全面地观测星空,寻找更多的星系,探寻孕育生命的新摇篮、搜索外星生命等


  此次出厂的天线更有不少新特点。SKA反射面天线总设计师杜彪介绍,天线的设计寿命约50年,重量约40吨,是常规天线重量的三分之二,还具有低功耗、低成本、易安装、易运输和批量生产等优点。



  从参与到主导:十年炼就“中国之眸”


  全球射电天文学方兴未艾,接连涌现类星体、脉冲星、星际分子和微波背景辐射四大天文发现。近年来我国陆续建成多座射电望远镜,口径从25米到65米再到500米,从追赶到并跑,天文学研究开始逐步跻身一流。


  2011年,包括中国在内的多国作为创始成员国成立了SKA独立法人机构SKA组织。自2013年起,中方与来自南非、德国、意大利、澳大利亚、加拿大、瑞典、英国等国家的优势科研机构强强联合,组成工作包联盟,共同参与SKA工程设计研发工作。


  想要在这一多国参与的大科学工程中脱颖而出,并非易事。记者在采访中了解到,中方团队虽然有较为深厚的天线研制基础,但加入项目晚,起步并非一帆风顺。


  “一开始被看不起,只让咱们做最基础的天线座架。”SKA项目天线设备承包方负责人之一、中国电科54所所长张桂华告诉记者,回顾中国参与SKA的研制经历,中国从一开始的“项目创始国之一”,到后来凭借成本、性能、技术成熟度和工程可实施性等显著优势被推荐为SKA后续研发的唯一设计方案,经历十年的艰难之路。



  “SKA选用的核心设备天线,每一步都是靠反复的试验与仿真,无数次的探讨与研究,最终成就了这只包含众多科学家期望与技术人员心血的巨眼之眸。”张桂华说。


  “反射面单元精度误差仅有两个头发丝的厚度,精度可控,完全自主生产。”杜彪介绍,通过5年技术攻关,中国的产品最终在技术上满足SKA所有指标要求。


  坚持自主研发与国际合作并重:推动中国前沿探索迎来新时代


  近年来,我国先后建成了东莞散裂中子源、“天眼”FAST望远镜、合肥稳态强磁场装置、上海超强超短激光实验装置、大亚湾中微子等一大批大科学装置。此次SKA首台天线样机启动,也意味着中国将会越来越多地参与国际大科学计划,并发挥重要作用。


  多位专家认为,新一轮科技革命和产业变革正在重塑世界经济结构和竞争格局,创新要素开放性、流动性显著增强,用科技促进经济社会发展成为国际共识。


  来自科技部的信息显示,“十二五”以来,我国科技创新能力实现历史性跃升,国际科技合作实力和影响力不断攀升,全方位、多层次、多渠道的国际科技合作体系初步形成,国际科技合作能力显著提高。


  “大项目全都由自己发起是不可能的。”中国科学院高能物理研究所所长王贻芳院士认为,健康的科研体系应该是我们参与别人的项目,同时发起自己的项目。自己发起的项目应该有国际竞争力,有独特的方案或技术,有技术先进性、创新性与可行性,有获得重大成果的可能,有实质性的国外贡献。



  在SKA之前,中国参与的国际热核聚变实验堆计划取得了多项国际和国内第一的研究成果,使中国在核聚变领域处于与国际同等甚至某些方面领先的地位。


  “坚持自主研发与国际合作并重,是中国特色自主创新的自觉之路。”科技部国际合作司司长叶冬柏表示,大科学装置的兴起和大科学计划的推进,正不断推动中国前沿科技探索迎来新时代。


  今天天文领域讲究立体化作战,仅有500米口径球面射电望远镜还远不够。从某一点看宇宙,视野有限,望远镜要形成阵列才能发挥更强威力。“人类对天文学的研究和对宇宙的探索并非‘一锤子买卖’,有些科研成果很难‘立竿见影’,必须放大到人类历史长河的过程中去看。”郝晋新说。



  天文学的发展,是全人类认识宇宙的智慧结晶。目前,SKA各成员国正在协商出台SKA天文台公约。项目建成后,成员国可以共享SKA获得的原始数据。


  “SKA能看得更远、更清楚,为人们带来意想不到的科学发现,推动我国天文、物理及信息技术等相关基础科研领域的研究水平,不断增强创新力,让中国拥有向宇宙更深处探索、实现前沿科学突破的自信。”杜彪说。



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