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平方(fang)公里陣列射電望遠鏡（SKA）首臺(tai)天線樣機（新華社 發）

SKA組織總(zong)干事菲利普·戴蒙在(zai)首臺天線(xian)樣機出(chu)廠儀式上發言(yan)（新(xin)華社(she) 發）

“在天線研究領域，曾經很難在國際(ji)頂級(ji)學(xue)(xue)(xue)術期刊上看到中國學(xue)(xue)(xue)者的影子，而近些(xie)年(nian)，發生了根本(ben)性變(bian)化，隨便翻開這些(xie)刊物，中國科(ke)學(xue)(xue)(xue)家的名(ming)字占比很高，有時(shi)甚至會(hui)達(da)到其(qi)(qi)中三分之一到二(er)分之一。”清華大學(xue)(xue)(xue)電子工程系教授、微波研究所(suo)所(suo)長楊帆隨手從書架上抽出一本(ben)期刊，翻到目(mu)錄，向本(ben)報記者歷數其(qi)(qi)中中國學(xue)(xue)(xue)者的名(ming)字。

與學術研究精(jing)進(jin)相(xiang)得(de)益彰的(de)是，中國(guo)在天線制造(zao)領(ling)域也(ye)取得(de)了驚人的(de)進(jin)步，不僅(jin)讓國(guo)際同行刮目相(xiang)看(kan)，贏得(de)了世界頂級用戶的(de)青睞，而且為(wei)推(tui)進(jin)國(guo)際大科學工(gong)程作(zuo)出(chu)了卓(zhuo)越(yue)貢獻。近日，中國(guo)領(ling)銜建成的(de)平方公里陣(zhen)列射(she)電(dian)望遠鏡（SKA）首臺天線樣機就是這方面的(de)最新例證，該種天線將使SKA“觀天巨眼”明眸善(shan)睞。

①精度超高(gao) 驚艷亮相

2月6日下(xia)午3時，河北石家莊中(zhong)國電(dian)子科(ke)技(ji)集團公司(si)第五十四研究(jiu)所（中(zhong)國電(dian)科(ke)54所）工(gong)程現場，在眾多記者的見(jian)證下(xia)，通體白(bai)色、約(yue)7層樓高的巨型(xing)反射面天線啟動(dong)了，它龐(pang)大的巨型(xing)“身軀”開始緩緩轉動(dong)，既可以(yi)(yi)完(wan)成俯仰15°和90°區(qu)間(jian)，又可以(yi)(yi)完(wan)成左右270°的旋轉。

這是國(guo)際(ji)大科學工程，平方公里陣列射電望遠(yuan)鏡的(de)核(he)心設(she)備即天(tian)線首次對外精彩亮相，也是繼(ji)2015年中國(guo)電科提交的(de)方案(an)(an)從激烈的(de)國(guo)際(ji)競爭中勝出，被確定(ding)為SKA反射面天(tian)線研發的(de)唯(wei)一(yi)設(she)計方案(an)(an)，取得的(de)又一(yi)個重大突破(po)。

這臺天(tian)線(xian)(xian)的“殺手锏”當(dang)然是(shi)優異的精(jing)度(du)指標。據(ju)中(zhong)國電(dian)科54所SKA天(tian)線(xian)(xian)總設(she)計師杜彪介紹，該(gai)天(tian)線(xian)(xian)采用了(le)高電(dian)磁屏(ping)蔽天(tian)線(xian)(xian)座架設(she)計，屏(ping)蔽掉電(dian)子設(she)備輻射(she)的電(dian)磁信號，使其在重力(li)、溫度(du)和(he)風載荷(he)影響下(xia)的主副反射(she)面精(jing)度(du)和(he)綜合性(xing)(xing)價(jia)達到(dao)當(dang)今最優。關于對射(she)電(dian)望遠鏡的精(jing)度(du)要求(qiu)之(zhi)高，SKA組織(zhi)(zhi)總干事(shi)菲利普(pu)·戴蒙德(de)曾有一(yi)個經典的對比(bi)性(xing)(xing)描述。他說(shuo)，一(yi)片雪花落下(xia)產生(sheng)的能(neng)量(liang)可謂微小之(zhi)至，但(dan)是(shi)已經超(chao)過迄(qi)今為止射(she)電(dian)天(tian)文領域接收到(dao)的所有能(neng)量(liang)。同時，SKA組織(zhi)(zhi)對天(tian)線(xian)(xian)價(jia)格、建設(she)速度(du)和(he)運行維護的費用和(he)便捷(jie)性(xing)(xing)也提出了(le)“苛刻”要求(qiu)。中(zhong)國天(tian)線(xian)(xian)正是(shi)憑著“質優價(jia)廉(lian)”的超(chao)高綜合性(xing)(xing)價(jia)比(bi)“征(zheng)服(fu)”了(le)SKA組織(zhi)(zhi)。

“我們(men)的(de)(de)(de)中國(guo)(guo)同事對類(lei)似的(de)(de)(de)技術有(you)(you)著(zhu)極(ji)為(wei)豐富的(de)(de)(de)經(jing)(jing)驗(yan)(yan)。基于這(zhe)些經(jing)(jing)驗(yan)(yan)來建(jian)造SKA，是我們(men)能夠擁(yong)有(you)(you)一(yi)個成本可控的(de)(de)(de)反(fan)射面天線的(de)(de)(de)關鍵(jian)。這(zhe)一(yi)原型(xing)機正在(zai)中國(guo)(guo)拔地而起，最終(zhong)將有(you)(you)133面天線矗立在(zai)南非。”菲利普·戴(dai)蒙德在(zai)蒞臨現場觀摩演示時(shi)這(zhe)樣(yang)評(ping)價說。“對中國(guo)(guo)來說，這(zhe)個項(xiang)目是標志(zhi)其(qi)崛起為(wei)世界科(ke)學大國(guo)(guo)的(de)(de)(de)一(yi)個里程(cheng)碑，為(wei)其(qi)贏得(de)了參(can)與跨國(guo)(guo)合作項(xiang)目的(de)(de)(de)聲(sheng)譽。”英(ying)國(guo)(guo)《金融時(shi)報(bao)》如是報(bao)道。

②數據(ju)處理 超算(suan)顯威

作(zuo)為全球最(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)天(tian)文學國際合作(zuo)項目(mu)，SKA建成(cheng)后將等效為一個(ge)反射面積高(gao)達1平(ping)方公里的(de)(de)(de)(de)超大(da)望遠鏡，其靈(ling)敏度(du)將比目(mu)前世(shi)界上最(zui)大(da)射電望遠鏡陣列的(de)(de)(de)(de)靈(ling)敏度(du)提高(gao)約50倍，巡天(tian)速度(du)提高(gao)約1萬倍。這(zhe)(zhe)意味著其運行(xing)將會(hui)產生空前規模(mo)的(de)(de)(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)，這(zhe)(zhe)就要求建立依賴于(yu)超級計(ji)算(suan)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)處理支(zhi)撐體系。據(ju)(ju)相(xiang)關預(yu)測，SKA每(mei)秒采集的(de)(de)(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)量計(ji)劃大(da)于(yu)12Tb，相(xiang)當(dang)于(yu)2013年(nian)底中國互聯網(wang)國際出口(kou)帶寬(kuan)的(de)(de)(de)(de)3.5倍，相(xiang)當(dang)于(yu)谷歌每(mei)年(nian)數(shu)據(ju)(ju)量的(de)(de)(de)(de)30倍。SKA超大(da)的(de)(de)(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)規模(mo)無疑對現(xian)有計(ji)算(suan)技(ji)術和架(jia)構提出極(ji)大(da)的(de)(de)(de)(de)挑(tiao)戰。

近年來，中國超級計算(suan)(suan)機(ji)獲得了(le)突飛猛進的(de)(de)發展，成就舉世矚目，這為SKA大數據處(chu)理作出更(geng)大貢獻(xian)奠定(ding)了(le)堅實基(ji)礎。據2017年底(di)發布(bu)的(de)(de)全(quan)球“超級計算(suan)(suan)機(ji)500強榜單(dan)，中國“神(shen)威·太湖之(zhi)光”和(he)“天(tian)河二號”計算(suan)(suan)機(ji)再次(ci)蟬聯(lian)冠亞軍，浮點運算(suan)(suan)速度分別為每(mei)(mei)秒9.3億億次(ci)和(he)每(mei)(mei)秒3.39億億次(ci)。

中(zhong)(zhong)國超算實際上已經(jing)為(wei)SKA數(shu)(shu)據處理的(de)準備(bei)工作(zuo)作(zuo)出了重(zhong)大(da)貢獻。2016年八九(jiu)月間，“天河(he)二號(hao)”成(cheng)功運行了 SKA數(shu)(shu)據處理軟件系統框架，這是SKA項目在大(da)規(gui)模(mo)數(shu)(shu)據處理方面(mian)的(de)研究跨出的(de)至關重(zhong)要的(de)一(yi)步(bu)。目前，SKA各成(cheng)員國正積極申(shen)建(jian)科學與數(shu)(shu)據中(zhong)(zhong)心，中(zhong)(zhong)國方面(mian)也為(wei)此付(fu)諸努力，上海(hai)憑借中(zhong)(zhong)科院上海(hai)天文臺和(he)(he)本地著名高校的(de)人才和(he)(he)裝備(bei)優勢，已經(jing)把建(jian)設SKA亞洲科學中(zhong)(zhong)心項目列入該市(shi)科技創新“十(shi)三五”規(gui)劃中(zhong)(zhong)，并贏得SKA組織的(de)高度評價。

中國領先的(de)信息技術企(qi)業積(ji)極參與SKA數(shu)據(ju)處(chu)理(li)項目。2015年5月，中國浪潮(chao)集團(tuan)有限公司(si)與SKA組織(zhi)在(zai)(zai)京聯合舉辦了“SKA科(ke)學數(shu)據(ju)處(chu)理(li)研討(tao)會”，旨(zhi)在(zai)(zai)尋找一(yi)種(zhong)更加高性能(neng)低能(neng)耗(hao)的(de)計(ji)算(suan)(suan)架構，來(lai)應對全球(qiu)最大(da)“大(da)數(shu)據(ju)”項目的(de)科(ke)學數(shu)據(ju)處(chu)理(li)挑戰。浪潮(chao)集團(tuan)相(xiang)(xiang)關負責人表示(shi)，該集團(tuan)與SKA組織(zhi)針對項目中計(ji)算(suan)(suan)量(liang)最大(da)、最耗(hao)時(shi)的(de)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)軟件Gridding，已經(jing)展(zhan)開了并行優化工作(zuo)，并在(zai)(zai)世界(jie)大(da)學生超級計(ji)算(suan)(suan)機競賽(sai)中設置(zhi)了相(xiang)(xiang)應的(de)賽(sai)題(ti)，激發全球(qiu)各國超算(suan)(suan)年輕(qing)天才共(gong)同來(lai)解決這一(yi)難題(ti)。

在SKA信號和(he)數(shu)據傳輸方(fang)(fang)面，中(zhong)方(fang)(fang)清華(hua)大學提(ti)出(chu)的(de)(de)方(fang)(fang)案(an)在2017年10月召開的(de)(de)相關會議上被確定為“低頻(pin)陣列望(wang)遠鏡的(de)(de)最終時間(jian)同步(bu)方(fang)(fang)案(an)”。準確的(de)(de)時間(jian)同步(bu)系統是SKA的(de)(de)重(zhong)要組(zu)成部分，將(jiang)使SKA在繪制(zhi)宇(yu)宙中(zhong)氫的(de)(de)分布、研究脈沖星(xing)以及在銀(yin)河范圍內探測引力波等(deng)眾(zhong)多領域做出(chu)重(zhong)要貢獻。清華(hua)大學提(ti)出(chu)的(de)(de)時間(jian)同步(bu)系統方(fang)(fang)案(an)比SKA組(zu)織的(de)(de)需求提(ti)高了約兩個數(shu)量級，完全滿(man)足SKA兩個階(jie)段的(de)(de)參數(shu)要求。

③苦練功夫 內外兼修

作(zuo)為SKA項目的創始(shi)國(guo)和成員(yuan)國(guo)之一，中(zhong)國(guo)早在SKA概(gai)念誕生(sheng)伊始(shi)便積(ji)極(ji)參與其中(zhong)。1993年，國(guo)際無線電科聯(lian)召開日本京都(dou)大(da)會(hui)，中(zhong)國(guo)天文學(xue)家(jia)(jia)和澳(ao)、加(jia)、法、德等(deng)國(guo)的天文學(xue)家(jia)(jia)一道(dao)聯(lian)合倡議籌(chou)劃(hua)建造接收面積(ji)為1平方公里的巨型射(she)電望遠鏡，它(ta)的靈敏度將(jiang)比目前世(shi)界上最(zui)大(da)的望遠鏡高2個數量級。這就是(shi)SKA的發端(duan)。

為(wei)爭取SKA項目(mu)選址中國(guo)，也(ye)為(wei)了積累相關(guan)經驗，提高中國(guo)在射(she)電天文學(xue)領域的(de)發展水平(ping)，我國(guo)天文學(xue)家南仁東于1994年(nian)提出構想：利用貴州喀(ka)斯特地貌(mao)在建設全(quan)球(qiu)最大的(de)射(she)電望遠(yuan)鏡(jing)“FAST”，這就是被譽為(wei)“中國(guo)天眼”的(de)500米口徑球(qiu)面射(she)電望遠(yuan)鏡(jing)。

由于SKA對(dui)無線電信號等方面非常(chang)苛刻的(de)(de)(de)(de)要求，中國(guo)(guo)未(wei)能如愿成(cheng)(cheng)為SKA項目(mu)建設地，但是中國(guo)(guo)在天(tian)(tian)(tian)文(wen)學領域(yu)持續發力，并取得(de)了豐碩(shuo)成(cheng)(cheng)果。2009年，世(shi)(shi)界上最大(da)的(de)(de)(de)(de)大(da)視場望(wang)遠鏡(jing)“LAMOST”建成(cheng)(cheng)。2015年，我國(guo)(guo)在南(nan)極(ji)冰蓋(gai)制高點昆(kun)侖站(zhan)附(fu)近(jin)建成(cheng)(cheng)了“巡天(tian)(tian)(tian)”望(wang)遠鏡(jing)。2016年，“FAST”落成(cheng)(cheng)啟(qi)用，成(cheng)(cheng)為具有我國(guo)(guo)自主(zhu)知識產權、世(shi)(shi)界最大(da)單口徑、最靈(ling)敏(min)的(de)(de)(de)(de)射(she)電望(wang)遠鏡(jing)。2017年，中國(guo)(guo)首(shou)顆X射(she)線空間(jian)天(tian)(tian)(tian)文(wen)衛星“慧(hui)眼(yan)”發射(she)升空，攜(xie)帶的(de)(de)(de)(de)硬X射(she)線調制望(wang)遠鏡(jing)是研(yan)究黑洞、中子(zi)星等致密天(tian)(tian)(tian)體(ti)的(de)(de)(de)(de)“利器”。中國(guo)(guo)在天(tian)(tian)(tian)文(wen)觀(guan)測領域(yu)的(de)(de)(de)(de)一個個飛躍，贏得(de)了國(guo)(guo)際同行的(de)(de)(de)(de)尊敬。

與(yu)此同(tong)時，我國(guo)(guo)成為(wei)SKA項(xiang)目的(de)大(da)力推動者。2011年，包括中(zhong)國(guo)(guo)在內的(de)7國(guo)(guo)作為(wei)創(chuang)始成員國(guo)(guo)成立(li)了SKA獨立(li)法人機構SKA組織(zhi)。目前(qian)已有中(zhong)國(guo)(guo)、澳大(da)利亞、加(jia)拿大(da)等10個核(he)心成員國(guo)(guo)，此外，還有來自20多(duo)個國(guo)(guo)家的(de)約100個組織(zhi)也(ye)已投身SKA的(de)設計研發(fa)中(zhong)。

“堅持(chi)自(zi)主研(yan)發(fa)與國(guo)際(ji)合(he)作(zuo)并重，是中國(guo)特色自(zi)主創(chuang)新(xin)的(de)自(zi)覺之路。”科(ke)技部國(guo)際(ji)合(he)作(zuo)司司長葉冬(dong)柏表(biao)示，在苦練“內功(gong)”的(de)同時，通(tong)過參與SKA大科(ke)學裝置和國(guo)際(ji)大科(ke)學計(ji)劃，正不斷推動中國(guo)前沿科(ke)技探(tan)索走進新(xin)時代，也(ye)為(wei)國(guo)際(ji)科(ke)學創(chuang)新(xin)貢獻了中國(guo)智慧。

平方公里陣列射電(dian)望遠鏡

平(ping)方公(gong)(gong)里(li)陣列(lie)射電(dian)望遠(yuan)鏡（Square Kilometer Array,簡(jian)稱SKA）是國際天(tian)(tian)文(wen)學界計劃建造的世界最大綜合孔(kong)徑(jing)射電(dian)望遠(yuan)鏡，接(jie)收面積達1平(ping)方公(gong)(gong)里(li)，將(jiang)為人類認知宇(yu)宙提供重大機遇。SKA由大約(yue)3000個15米口(kou)徑(jing)拋物線(xian)面天(tian)(tian)線(xian)、250組(zu)中頻和低頻孔(kong)徑(jing)陣列(lie)組(zu)成(cheng)，分布范圍大于(yu)3000公(gong)(gong)里(li)，形成(cheng)旋臂陣列(lie)望遠(yuan)鏡。

SKA將致(zhi)力(li)于(yu)回答關于(yu)宇宙的一些(xie)基本問題(ti)，如(ru)(ru)，第一代天(tian)體(ti)如(ru)(ru)何形成、星系(xi)演化、宇宙磁場(chang)作用、引力(li)本質、暗(an)物質和(he)暗(an)能量等。SKA項目(mu)涉及(ji)天(tian)文、無線電、信(xin)息科學、力(li)學、機(ji)械、土木工程等眾多領域；集成眾多高(gao)科技成果，如(ru)(ru)高(gao)性(xing)能低造價(jia)寬帶天(tian)線制造、高(gao)品質接收機(ji)、海量數據(ju)傳輸(shu)處理、信(xin)號處理、系(xi)統工程等，需(xu)要廣泛的國(guo)際(ji)合(he)作來實現。

【責任編輯：語謙】