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平(ping)方公里陣列(lie)射電(dian)望遠鏡（SKA）首(shou)臺天線樣(yang)機（新華社 發）

SKA組織總干事菲(fei)利普·戴蒙在首臺天(tian)線(xian)樣機出(chu)廠儀式上發言（新(xin)華社(she) 發）

“在天(tian)線研(yan)究(jiu)領域，曾經很難在國際頂級學(xue)術期刊上(shang)看到中國學(xue)者的影子，而(er)近些年，發生了根本(ben)性變化，隨便(bian)翻(fan)開這些刊物，中國科學(xue)家的名(ming)(ming)字占比很高，有時甚至(zhi)會達到其中三分之一到二分之一。”清華大(da)學(xue)電(dian)子工程系(xi)教授(shou)、微波研(yan)究(jiu)所(suo)所(suo)長楊帆隨手從書架上(shang)抽出一本(ben)期刊，翻(fan)到目錄，向本(ben)報記者歷數其中中國學(xue)者的名(ming)(ming)字。

與學術研究精(jing)進相得益彰的(de)是(shi)，中(zhong)國(guo)(guo)在天(tian)線(xian)制(zhi)造領(ling)域也(ye)取(qu)得了驚(jing)人的(de)進步(bu)，不僅(jin)讓(rang)國(guo)(guo)際(ji)同行刮目相看，贏得了世界頂(ding)級用戶的(de)青睞(lai)，而且為推(tui)進國(guo)(guo)際(ji)大科學工程作出了卓越貢獻。近日，中(zhong)國(guo)(guo)領(ling)銜(xian)建(jian)成(cheng)的(de)平(ping)方(fang)(fang)公里陣列射電望(wang)遠鏡(jing)（SKA）首臺天(tian)線(xian)樣機(ji)就是(shi)這方(fang)(fang)面的(de)最新例證，該種天(tian)線(xian)將使SKA“觀天(tian)巨(ju)眼”明眸善睞(lai)。

①精度超高 驚艷亮相

2月6日下午3時，河(he)北石家莊中(zhong)國(guo)電(dian)(dian)子科技集團(tuan)公司第五(wu)十(shi)四研究所（中(zhong)國(guo)電(dian)(dian)科54所）工(gong)程現場，在(zai)眾多記者的見證下，通體白(bai)色、約7層樓高(gao)的巨(ju)(ju)型(xing)反射(she)面天線啟動了，它龐大的巨(ju)(ju)型(xing)“身軀(qu)”開始緩(huan)緩(huan)轉動，既(ji)可以(yi)完(wan)成(cheng)俯仰15°和(he)90°區間，又可以(yi)完(wan)成(cheng)左右270°的旋轉。

這(zhe)是國際(ji)大(da)科學工程(cheng)，平方公里陣列射(she)電望(wang)遠鏡(jing)的(de)核(he)心設備即天(tian)(tian)線首(shou)次對外精彩亮相，也是繼2015年中國電科提交的(de)方案(an)從激(ji)烈的(de)國際(ji)競爭中勝出，被確(que)定為SKA反射(she)面天(tian)(tian)線研(yan)發的(de)唯一(yi)設計方案(an)，取得的(de)又一(yi)個(ge)重大(da)突破。

這(zhe)臺天(tian)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)“殺手(shou)锏(jian)”當(dang)然是優(you)異的(de)(de)(de)精(jing)度(du)指標。據中國電(dian)(dian)科54所SKA天(tian)線(xian)(xian)總(zong)設(she)(she)計(ji)師(shi)杜彪介紹(shao)，該天(tian)線(xian)(xian)采用了(le)高(gao)電(dian)(dian)磁(ci)屏蔽天(tian)線(xian)(xian)座架設(she)(she)計(ji)，屏蔽掉電(dian)(dian)子設(she)(she)備輻射(she)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)信號，使其(qi)在重力、溫度(du)和(he)風載荷影響(xiang)下的(de)(de)(de)主副反射(she)面精(jing)度(du)和(he)綜合(he)性價(jia)達到當(dang)今(jin)最優(you)。關于(yu)對射(she)電(dian)(dian)望遠(yuan)鏡的(de)(de)(de)精(jing)度(du)要求之高(gao)，SKA組織(zhi)總(zong)干事菲利普(pu)·戴蒙德曾(ceng)有一個經典的(de)(de)(de)對比性描述。他說，一片雪花落下產生的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)可謂微小(xiao)之至(zhi)，但(dan)是已經超過迄今(jin)為止射(she)電(dian)(dian)天(tian)文領域接收到的(de)(de)(de)所有能(neng)量(liang)。同時(shi)，SKA組織(zhi)對天(tian)線(xian)(xian)價(jia)格、建設(she)(she)速度(du)和(he)運(yun)行(xing)維護的(de)(de)(de)費(fei)用和(he)便捷(jie)性也提出了(le)“苛刻”要求。中國天(tian)線(xian)(xian)正是憑(ping)著“質優(you)價(jia)廉”的(de)(de)(de)超高(gao)綜合(he)性價(jia)比“征服”了(le)SKA組織(zhi)。

“我(wo)們(men)(men)的(de)中國(guo)(guo)同事對(dui)類似的(de)技術有(you)(you)著極(ji)為豐富的(de)經驗(yan)。基于(yu)這些經驗(yan)來(lai)建(jian)造SKA，是我(wo)們(men)(men)能夠擁有(you)(you)一個(ge)(ge)成本可控的(de)反射面天線(xian)的(de)關鍵(jian)。這一原型機正在(zai)中國(guo)(guo)拔地而起，最終(zhong)將(jiang)有(you)(you)133面天線(xian)矗立在(zai)南非。”菲利普·戴蒙德(de)在(zai)蒞臨現場觀(guan)摩(mo)演示(shi)時這樣評價說。“對(dui)中國(guo)(guo)來(lai)說，這個(ge)(ge)項目(mu)是標志(zhi)其(qi)崛起為世界科學大國(guo)(guo)的(de)一個(ge)(ge)里程(cheng)碑，為其(qi)贏得了參與(yu)跨國(guo)(guo)合(he)作項目(mu)的(de)聲譽(yu)。”英國(guo)(guo)《金融(rong)時報(bao)》如是報(bao)道。

②數(shu)據處理 超(chao)算顯威

作為全球最(zui)大(da)的(de)(de)(de)天文學(xue)國際合作項目，SKA建(jian)成后將等效為一個反(fan)射面(mian)積高(gao)達1平方公里(li)的(de)(de)(de)超(chao)大(da)望(wang)遠鏡，其靈(ling)敏(min)度將比目前世界上最(zui)大(da)射電望(wang)遠鏡陣列(lie)的(de)(de)(de)靈(ling)敏(min)度提(ti)高(gao)約(yue)50倍(bei)，巡天速度提(ti)高(gao)約(yue)1萬倍(bei)。這意味著其運行將會產生空前規(gui)模的(de)(de)(de)數據(ju)，這就要(yao)求建(jian)立依賴于(yu)超(chao)級計算技(ji)術的(de)(de)(de)數據(ju)處理支撐體系。據(ju)相關(guan)預測，SKA每秒采集的(de)(de)(de)數據(ju)量計劃大(da)于(yu)12Tb，相當于(yu)2013年底中(zhong)國互聯網國際出(chu)口(kou)帶寬的(de)(de)(de)3.5倍(bei)，相當于(yu)谷歌(ge)每年數據(ju)量的(de)(de)(de)30倍(bei)。SKA超(chao)大(da)的(de)(de)(de)數據(ju)規(gui)模無疑對現有(you)計算技(ji)術和架構提(ti)出(chu)極大(da)的(de)(de)(de)挑戰。

近年(nian)來，中(zhong)(zhong)國超級(ji)計(ji)(ji)算(suan)機(ji)獲得了突飛猛進的(de)發(fa)展(zhan)，成就舉(ju)世(shi)矚目，這為SKA大數據處理作(zuo)出更大貢獻奠定了堅實(shi)基礎。據2017年(nian)底發(fa)布的(de)全球(qiu)“超級(ji)計(ji)(ji)算(suan)機(ji)500強榜單(dan)，中(zhong)(zhong)國“神(shen)威·太(tai)湖(hu)之光”和(he)“天(tian)河(he)二(er)號(hao)”計(ji)(ji)算(suan)機(ji)再次(ci)(ci)蟬聯冠亞軍，浮點運算(suan)速度(du)分別為每(mei)秒9.3億(yi)億(yi)次(ci)(ci)和(he)每(mei)秒3.39億(yi)億(yi)次(ci)(ci)。

中(zhong)(zhong)國超算實際上已經為SKA數據處(chu)理(li)的準備工作作出(chu)了重大貢獻。2016年八九月間(jian)，“天(tian)(tian)河二號(hao)”成功(gong)運行(xing)了 SKA數據處(chu)理(li)軟件(jian)系統框架(jia)，這是SKA項目在大規模數據處(chu)理(li)方(fang)面的研究(jiu)跨(kua)出(chu)的至關重要的一步。目前，SKA各成員國正(zheng)積(ji)極申建科學(xue)與數據中(zhong)(zhong)心，中(zhong)(zhong)國方(fang)面也為此付諸努力(li)，上海(hai)憑借中(zhong)(zhong)科院上海(hai)天(tian)(tian)文(wen)臺(tai)和本地(di)著名高校的人才和裝(zhuang)備優勢(shi)，已經把(ba)建設SKA亞洲科學(xue)中(zhong)(zhong)心項目列入該(gai)市科技(ji)創新“十三五”規劃中(zhong)(zhong)，并贏得SKA組織的高度評價(jia)。

中國領先的(de)信息技術企業積極參與SKA數(shu)據(ju)處(chu)理(li)項目(mu)(mu)。2015年5月(yue)，中國浪潮(chao)集(ji)團(tuan)有(you)限公司與SKA組織在京聯合舉辦了“SKA科(ke)學數(shu)據(ju)處(chu)理(li)研討會”，旨在尋找一種更(geng)加高性能低(di)能耗(hao)的(de)計算架構，來(lai)應對(dui)(dui)全球(qiu)最大(da)“大(da)數(shu)據(ju)”項目(mu)(mu)的(de)科(ke)學數(shu)據(ju)處(chu)理(li)挑(tiao)戰。浪潮(chao)集(ji)團(tuan)相關負責人表示(shi)，該集(ji)團(tuan)與SKA組織針(zhen)對(dui)(dui)項目(mu)(mu)中計算量(liang)最大(da)、最耗(hao)時的(de)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)軟件Gridding，已(yi)經展(zhan)開(kai)了并(bing)行優化工作，并(bing)在世界大(da)學生超(chao)級計算機(ji)競賽中設置了相應的(de)賽題(ti)，激發(fa)全球(qiu)各國超(chao)算年輕天才(cai)共同(tong)來(lai)解(jie)決這一難題(ti)。

在SKA信號和數據傳輸方(fang)(fang)面，中方(fang)(fang)清華大(da)學(xue)(xue)提(ti)出(chu)的(de)方(fang)(fang)案(an)在2017年10月召開的(de)相關會議上被(bei)確定為“低頻陣列望(wang)遠鏡的(de)最(zui)終(zhong)時間(jian)同步方(fang)(fang)案(an)”。準確的(de)時間(jian)同步系(xi)統(tong)是(shi)SKA的(de)重要組成(cheng)部(bu)分，將使SKA在繪(hui)制宇(yu)宙中氫的(de)分布、研(yan)究脈沖星以及在銀河范圍(wei)內探測(ce)引(yin)力波(bo)等眾(zhong)多領域做出(chu)重要貢(gong)獻。清華大(da)學(xue)(xue)提(ti)出(chu)的(de)時間(jian)同步系(xi)統(tong)方(fang)(fang)案(an)比SKA組織的(de)需(xu)求提(ti)高了約兩(liang)個(ge)數量級，完全滿足SKA兩(liang)個(ge)階段的(de)參數要求。

③苦練功夫 內(nei)外兼修

作(zuo)為SKA項目的(de)創(chuang)始國(guo)和成員國(guo)之一，中國(guo)早在SKA概(gai)念誕(dan)生伊始便積(ji)極(ji)參(can)與其中。1993年，國(guo)際無線(xian)電科聯召開日本京都大(da)會，中國(guo)天文(wen)學(xue)家和澳、加、法、德等國(guo)的(de)天文(wen)學(xue)家一道聯合倡議(yi)籌(chou)劃建造接收面積(ji)為1平方公里的(de)巨型(xing)射電望(wang)遠鏡，它的(de)靈(ling)敏(min)度將比目前世界上(shang)最(zui)大(da)的(de)望(wang)遠鏡高2個數量級。這就是(shi)SKA的(de)發端。

為爭取SKA項目選址中(zhong)國，也(ye)為了積累相關經驗，提高(gao)中(zhong)國在(zai)(zai)射(she)電(dian)(dian)天文學領域的發展(zhan)水(shui)平，我國天文學家(jia)南仁(ren)東(dong)于1994年提出(chu)構想：利用貴州喀斯特地貌在(zai)(zai)建設全球最大的射(she)電(dian)(dian)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)“FAST”，這就是(shi)被譽為“中(zhong)國天眼”的500米(mi)口徑球面射(she)電(dian)(dian)望(wang)遠(yuan)鏡(jing)。

由于(yu)SKA對(dui)無線電信號等方面非常苛刻的(de)(de)(de)要求，中(zhong)國(guo)(guo)未能如愿(yuan)成(cheng)為(wei)(wei)SKA項目建設地，但是中(zhong)國(guo)(guo)在(zai)天(tian)(tian)文學領(ling)域持續發(fa)力，并取得了(le)豐碩成(cheng)果。2009年，世(shi)(shi)界上(shang)最(zui)大(da)的(de)(de)(de)大(da)視場望遠(yuan)鏡(jing)“LAMOST”建成(cheng)。2015年，我(wo)國(guo)(guo)在(zai)南極冰(bing)蓋制高點昆侖(lun)站附(fu)近建成(cheng)了(le)“巡天(tian)(tian)”望遠(yuan)鏡(jing)。2016年，“FAST”落成(cheng)啟用(yong)，成(cheng)為(wei)(wei)具有我(wo)國(guo)(guo)自主知識(shi)產(chan)權、世(shi)(shi)界最(zui)大(da)單口徑(jing)、最(zui)靈敏的(de)(de)(de)射電望遠(yuan)鏡(jing)。2017年，中(zhong)國(guo)(guo)首顆X射線空(kong)間(jian)天(tian)(tian)文衛星(xing)“慧眼”發(fa)射升空(kong)，攜帶的(de)(de)(de)硬X射線調制望遠(yuan)鏡(jing)是研究(jiu)黑洞、中(zhong)子(zi)星(xing)等致(zhi)密天(tian)(tian)體的(de)(de)(de)“利(li)器(qi)”。中(zhong)國(guo)(guo)在(zai)天(tian)(tian)文觀(guan)測領(ling)域的(de)(de)(de)一個(ge)(ge)個(ge)(ge)飛躍，贏(ying)得了(le)國(guo)(guo)際同行的(de)(de)(de)尊敬。

與此同時，我國(guo)成(cheng)為SKA項目的大(da)力推動者。2011年，包括中國(guo)在內的7國(guo)作為創(chuang)始成(cheng)員國(guo)成(cheng)立(li)了SKA獨立(li)法人機構SKA組織。目前已(yi)(yi)有中國(guo)、澳大(da)利亞、加拿大(da)等10個(ge)核心(xin)成(cheng)員國(guo)，此外，還有來自20多個(ge)國(guo)家(jia)的約100個(ge)組織也(ye)已(yi)(yi)投身(shen)SKA的設(she)計研發中。

“堅持自主研發與國(guo)(guo)際(ji)(ji)合(he)作并重，是中(zhong)國(guo)(guo)特(te)色自主創新的自覺之(zhi)路。”科(ke)(ke)技部國(guo)(guo)際(ji)(ji)合(he)作司(si)(si)司(si)(si)長葉冬(dong)柏表示(shi)，在苦(ku)練(lian)“內功”的同時，通過(guo)參與SKA大(da)科(ke)(ke)學(xue)裝(zhuang)置和(he)國(guo)(guo)際(ji)(ji)大(da)科(ke)(ke)學(xue)計(ji)劃，正不斷推動中(zhong)國(guo)(guo)前(qian)沿科(ke)(ke)技探索走進新時代，也為國(guo)(guo)際(ji)(ji)科(ke)(ke)學(xue)創新貢(gong)獻了中(zhong)國(guo)(guo)智慧。

平方(fang)公里陣列射電望(wang)遠鏡

平方公(gong)(gong)里陣(zhen)列(lie)射(she)電(dian)望遠鏡（Square Kilometer Array,簡(jian)稱(cheng)SKA）是國(guo)際天文學界計劃建造的世(shi)界最大(da)綜合孔徑射(she)電(dian)望遠鏡，接收面積達1平方公(gong)(gong)里，將為(wei)人類認知宇宙提(ti)供(gong)重大(da)機遇。SKA由大(da)約3000個15米口徑拋物線面天線、250組中頻(pin)和低頻(pin)孔徑陣(zhen)列(lie)組成，分布范(fan)圍(wei)大(da)于3000公(gong)(gong)里，形成旋臂陣(zhen)列(lie)望遠鏡。

SKA將致力(li)(li)于(yu)回(hui)答(da)關于(yu)宇宙(zhou)的一些基(ji)本問題，如(ru)，第一代天體(ti)(ti)如(ru)何形成(cheng)、星系演化、宇宙(zhou)磁場作(zuo)用、引力(li)(li)本質、暗物質和暗能量等(deng)。SKA項目涉及天文、無線(xian)電、信息科(ke)學、力(li)(li)學、機械(xie)、土木工程等(deng)眾多領域(yu)；集(ji)成(cheng)眾多高科(ke)技成(cheng)果，如(ru)高性能低造(zao)價(jia)寬帶天線(xian)制(zhi)造(zao)、高品質接收(shou)機、海量數據傳輸處理、信號處理、系統(tong)工程等(deng)，需要廣泛的國際合(he)作(zuo)來(lai)實現。

【責任編輯：語謙】