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【直击SKA首台天线出厂】全球最大射电望远镜阵列SKA首台天线在河北启动

发布时间: 2018-02-09 13:29:09   作者:本站编辑   来源: 河北新闻网   浏览次数:  我要评论()

  中国电科54所为“地球之眼”提供天线解决方案

  全球最大天线阵列射电望远镜首台天线在石启动

  标志着我国在SKA核心设备研发中开始发挥引领和主导作用

  

  2月6日下午,由中国主导研制的国际大科学工程SKA首台天线在石家庄出厂。图为在工程现场矗立的SKA首台天线样机。 记者耿辉摄

  河北新闻网2月6日讯(记者郭伟、张怀琛)“用世界上最大的天线阵列射电望远镜探索宇宙”,今天,高挂在平方公里阵列射电望远镜(SKA)首台天线出厂仪式现场的标语振奋人心。下午3时许,在位于石家庄鹿泉区的中国电科54所工程现场,随着中国电科54所所长张桂华启动天线按钮,由我国主导研发、被称为“地球之眼”的国际大科学工程——平方公里阵列射电望远镜(SKA)首台正样样机(SKA-P)宣布正式出厂启动。这标志着我国在SKA核心设备研发中开始发挥引领和主导作用,并在国际大科学工程中为世界成功提供“天线解决方案”。

  “SKA将开辟人类认识宇宙的新纪元。”由SKA组织、SKA中国办公室主办,中国电科54所、中国科学院国家天文台等承办的出厂仪式现场,有关专家介绍,SKA总接收面积达一平方公里,相当于140个足球场大。它将分布在位于澳大利亚、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。从空中望去,它就像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。

  

  2月6日下午,由中国主导研制的国际大科学工程SKA首台天线在石家庄出厂。图为在工程现场矗立的SKA首台天线样机。 记者郭伟摄

  这一人类有史以来最庞大的科学工程绝非一国之力可以完成。SKA约有来自20个国家、上百所大学和科研机构的天文学家和工程师参与其中,是由多国合作、共同出资的国际大科学工程。

  今天启动的SKA-P是中国电科54所主导研制的SKA首台正样样机。在10米高的底座上,它就像一只机敏灵活的“大耳朵”,俯仰之间,可从15°到90°缓缓扫过天际;水平转动,可左右270°从容巡视天空。SKA总干事菲利普·戴尔蒙德对于这一天线给予高度评价。

  这是一只精密的“大耳朵”。它包含主副两个反射面,主反射面是一个15×20米的长六边形,面积达235平方米,超过半个篮球场大,由66块曲率各不相同、边长约3米的三角型面板拼装而成,单块三角型面板精度可达0.1毫米。

  

  2月6日下午,由中国主导研制的国际大科学工程SKA首台天线在石家庄出厂。图为出厂仪式现场。 记者耿辉摄

  这是一只灵敏的“大耳朵”。在重力、温度和风载荷影响下,其俯仰工作范围内,主反射面的精度可达0.5毫米,副反射面精度可达0.2毫米。反射面的精度直接影响天线的灵敏度,SKA-P的工作频率为0.3-20GHz。同时,它还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,从而使天线能更加专注地倾听来自宇宙的声音。

  

  2月6日下午,由中国主导研制的国际大科学工程SKA首台天线在石家庄出厂。图为天线正式启动。 记者耿辉摄

  这是一只强大的“大耳朵”。它采用了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还能同步对准同一观测目标,并持续同步跟踪观测,实现最大接收效率,真正做到了“步调一致听指挥”的高指向一致性。

  灵敏度和巡天速度是评判射电望远镜优劣非常重要的两个指标。灵敏度越高,天线就“看”得越远,探测宇宙的能力也越强;巡天速度越快,天线“扫描”和“观测”同一天区的速度就越快,工作效率也就越高。综合两方面因素,SKA建成后将成为地球上最大、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。

  

  2月6日下午,由中国主导研制的国际大科学工程SKA首台天线在石家庄出厂。图为出厂仪式现场。 记者耿辉摄

  透过SKA这只巨大的“地球之眼”,人类将有望观察到天空中从未被发现过的细节。宇宙的“第一缕曙光”在哪里?第一个恒星和星系是如何形成的?暗能量究竟是怎样的一种神秘力量?爱因斯坦是对的吗?当然还有无数人渴望得到解答的那个问题:我们在宇宙中是孤独的吗?有专家称,通过SKA“绘制”的宇宙“图景”,人类或将颠覆对宇宙和基本物理定律的理解。

  2011年,包括我国在内的7个创始成员国联合成立了SKA独立法人机构SKA组织(SKAO),并在英国设立总部。目前,SKAO已发展至10个成员国,另有多个国家正在申请加入。

  

  2月6日下午,由中国主导研制的国际大科学工程SKA首台天线在石家庄出厂。图为天线正式启动。 记者郭伟摄

  2013年,SKAO向全球发布包括基础建设在内的11个工作包任务,其中天线工作包是其中最主要、最核心的部分。同年,SKA反射面天线工作包联盟成立。为更好地发挥中方优势和作用,SKA中国办公室应运而生,由中国电科54所和国家天文台共同组建射电天文技术联合实验室,代表我国参与SKA反射面天线的设计研发。2015年11月,SKA反射面天线工作包联盟在加拿大召开国际专家评审会,中国电科54所提交的SKA天线初步设计方案,因在性能、技术成熟度、工程可实施性和成本等方面的显著优势,最终被宣布为SKA后续研发唯一设计方案。从此,在SKA国际大科学工程中,我国正式从跟跑进入领跑,开始为世界提供“天线解决方案”。

  

  SKA天线样机(资料片)

  2016年12月,由中国电科54所提交的SKA天线详细设计方案顺利通过评审,进入天线样机制造阶段。综合考虑天线的性能和成本,通过千百次的建模计算、结构优化、仿真测试、工艺试验,SKA首台天线具备了高性能、轻量化、低功耗、低成本、易安装、易测试、日常维护简便、使用寿命长、易批量生产和运输的特点,体现了我国在天线领域的技术优势、智慧和能力。由于我国在SKA反射面天线中的突出贡献,2017年10月,在多国的激烈竞争博弈中,我国射电天文技术联合实验室成为SKA反射面天线工作包联盟的牵头单位作,全面领导SKA工程核心设备研发,体现了我国在射电天文领域的技术创新和突破。