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平方公里陣列(lie)射電望遠(yuan)鏡（SKA）首臺天線樣機（新華(hua)社 發）

SKA組織總(zong)干(gan)事菲利普(pu)·戴蒙在首臺天線(xian)樣機出廠儀式上發言（新華社 發）

“在(zai)天線(xian)研究領域，曾經很難在(zai)國際頂級(ji)學(xue)術期刊(kan)上看(kan)到(dao)中(zhong)(zhong)國學(xue)者(zhe)的(de)(de)影子，而近些年，發生了(le)根本性變化，隨便翻(fan)開這些刊(kan)物，中(zhong)(zhong)國科學(xue)家的(de)(de)名(ming)字占比(bi)很高，有時甚至會達到(dao)其(qi)中(zhong)(zhong)三分(fen)之(zhi)一(yi)到(dao)二分(fen)之(zhi)一(yi)。”清華大學(xue)電子工程系教(jiao)授、微波研究所(suo)所(suo)長(chang)楊(yang)帆隨手從書架上抽出一(yi)本期刊(kan)，翻(fan)到(dao)目錄，向本報記(ji)者(zhe)歷數其(qi)中(zhong)(zhong)中(zhong)(zhong)國學(xue)者(zhe)的(de)(de)名(ming)字。

與(yu)學術(shu)研究精(jing)進(jin)相得益(yi)彰的(de)(de)是，中(zhong)國在天(tian)(tian)線制造領域也取得了(le)驚(jing)人的(de)(de)進(jin)步(bu)，不僅(jin)讓(rang)國際同(tong)行刮(gua)目相看，贏得了(le)世界頂(ding)級用戶(hu)的(de)(de)青睞，而(er)且(qie)為推進(jin)國際大科學工(gong)程作出了(le)卓越(yue)貢獻。近日，中(zhong)國領銜建成的(de)(de)平方公(gong)里陣列射(she)電望遠鏡（SKA）首臺天(tian)(tian)線樣(yang)機就(jiu)是這方面的(de)(de)最新例證，該種天(tian)(tian)線將(jiang)使SKA“觀天(tian)(tian)巨眼”明眸(mou)善睞。

①精度超高 驚(jing)艷亮(liang)相(xiang)

2月6日下午(wu)3時，河北石(shi)家莊中國(guo)電(dian)子科技(ji)集團(tuan)公司第(di)五十四(si)研究所(suo)（中國(guo)電(dian)科54所(suo)）工(gong)程(cheng)現(xian)場，在眾(zhong)多記者的(de)見(jian)證下，通體白色、約7層樓高(gao)的(de)巨型反射面天線啟動(dong)了，它龐大(da)的(de)巨型“身軀”開始緩緩轉(zhuan)動(dong)，既可以完成俯仰15°和90°區間，又可以完成左右270°的(de)旋轉(zhuan)。

這是國(guo)際大(da)科學工程，平方公里陣(zhen)列射電(dian)望(wang)遠鏡的核(he)心設備(bei)即天(tian)線首次對外精彩亮相，也是繼2015年(nian)中國(guo)電(dian)科提交(jiao)的方案從激烈的國(guo)際競爭中勝出，被確定為SKA反射面天(tian)線研發的唯一設計方案，取(qu)得的又一個重(zhong)大(da)突破。

這臺天(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)“殺(sha)手锏”當(dang)然是優(you)異的(de)(de)精度(du)指標(biao)。據(ju)中(zhong)國(guo)電(dian)(dian)科(ke)54所SKA天(tian)(tian)線(xian)總(zong)設計師杜彪介(jie)紹，該天(tian)(tian)線(xian)采(cai)用了高電(dian)(dian)磁屏蔽天(tian)(tian)線(xian)座架設計，屏蔽掉電(dian)(dian)子設備輻射的(de)(de)電(dian)(dian)磁信號，使其在重力、溫度(du)和風載荷(he)影響下(xia)的(de)(de)主副反射面精度(du)和綜合性(xing)價(jia)達到(dao)當(dang)今最優(you)。關(guan)于對射電(dian)(dian)望遠(yuan)鏡的(de)(de)精度(du)要求(qiu)之(zhi)高，SKA組織(zhi)總(zong)干事(shi)菲(fei)利普·戴(dai)蒙德曾有一個(ge)經(jing)典的(de)(de)對比(bi)性(xing)描述。他說，一片雪(xue)花落下(xia)產生的(de)(de)能量(liang)可(ke)謂微(wei)小之(zhi)至，但是已經(jing)超過迄今為止射電(dian)(dian)天(tian)(tian)文領域接收到(dao)的(de)(de)所有能量(liang)。同時，SKA組織(zhi)對天(tian)(tian)線(xian)價(jia)格、建(jian)設速度(du)和運行維護的(de)(de)費用和便捷性(xing)也提出了“苛刻”要求(qiu)。中(zhong)國(guo)天(tian)(tian)線(xian)正是憑著“質優(you)價(jia)廉”的(de)(de)超高綜合性(xing)價(jia)比(bi)“征服”了SKA組織(zhi)。

“我們(men)(men)的中(zhong)國(guo)(guo)同(tong)事對類似(si)的技術有(you)著極為豐富的經驗。基于這些經驗來建(jian)造SKA，是(shi)我們(men)(men)能(neng)夠擁有(you)一個成本可控的反(fan)射面天線(xian)的關鍵。這一原型機(ji)正在中(zhong)國(guo)(guo)拔地而(er)起(qi)(qi)，最終將(jiang)有(you)133面天線(xian)矗立在南非。”菲利普·戴蒙德(de)在蒞臨現場(chang)觀摩演示時這樣評價說。“對中(zhong)國(guo)(guo)來說，這個項目(mu)(mu)是(shi)標(biao)志其(qi)崛起(qi)(qi)為世界科學大國(guo)(guo)的一個里程碑，為其(qi)贏(ying)得了參與跨國(guo)(guo)合作項目(mu)(mu)的聲譽。”英(ying)國(guo)(guo)《金融時報》如是(shi)報道。

②數(shu)據處理 超(chao)算顯威

作(zuo)為全(quan)球(qiu)最(zui)大的(de)(de)天(tian)文學國(guo)際合作(zuo)項目(mu)，SKA建成后將(jiang)等效為一個反射面積(ji)高(gao)達1平方公(gong)里(li)的(de)(de)超大望(wang)(wang)遠鏡(jing)，其(qi)(qi)靈敏度(du)將(jiang)比(bi)目(mu)前世界上最(zui)大射電望(wang)(wang)遠鏡(jing)陣列的(de)(de)靈敏度(du)提(ti)高(gao)約50倍(bei)(bei)，巡天(tian)速度(du)提(ti)高(gao)約1萬倍(bei)(bei)。這(zhe)意味著(zhu)其(qi)(qi)運行將(jiang)會產生空(kong)前規(gui)模的(de)(de)數據(ju)，這(zhe)就要求(qiu)建立依(yi)賴(lai)于(yu)(yu)超級(ji)計算技術(shu)(shu)的(de)(de)數據(ju)處(chu)理支撐體(ti)系(xi)。據(ju)相(xiang)關預測(ce)，SKA每秒采集的(de)(de)數據(ju)量計劃大于(yu)(yu)12Tb，相(xiang)當于(yu)(yu)2013年底中國(guo)互(hu)聯網國(guo)際出(chu)口帶寬的(de)(de)3.5倍(bei)(bei)，相(xiang)當于(yu)(yu)谷(gu)歌(ge)每年數據(ju)量的(de)(de)30倍(bei)(bei)。SKA超大的(de)(de)數據(ju)規(gui)模無疑對(dui)現有計算技術(shu)(shu)和架構(gou)提(ti)出(chu)極大的(de)(de)挑(tiao)戰(zhan)。

近(jin)年(nian)來(lai)，中國(guo)超(chao)級計算機(ji)獲得了突飛猛進的發展(zhan)，成就舉世矚目，這為SKA大(da)數據處理作出更大(da)貢獻奠(dian)定了堅實基礎。據2017年(nian)底(di)發布的全球“超(chao)級計算機(ji)500強榜單，中國(guo)“神威·太湖(hu)之光”和“天河二號”計算機(ji)再次(ci)蟬聯冠亞軍，浮點運算速度分別為每秒9.3億(yi)億(yi)次(ci)和每秒3.39億(yi)億(yi)次(ci)。

中(zhong)國(guo)超算實際(ji)上(shang)已(yi)經(jing)為SKA數據(ju)處理的準備(bei)工作(zuo)作(zuo)出了重(zhong)大(da)貢獻(xian)。2016年八九月(yue)間，“天河二號(hao)”成功運(yun)行了 SKA數據(ju)處理軟件系統框架，這是SKA項目(mu)(mu)在大(da)規(gui)(gui)模數據(ju)處理方面的研(yan)究跨(kua)出的至關(guan)重(zhong)要的一步。目(mu)(mu)前，SKA各成員國(guo)正(zheng)積極申建(jian)科學(xue)(xue)與數據(ju)中(zhong)心，中(zhong)國(guo)方面也為此付(fu)諸努力(li)，上(shang)海憑(ping)借中(zhong)科院(yuan)上(shang)海天文臺和本地著名(ming)高(gao)(gao)校的人才和裝備(bei)優勢，已(yi)經(jing)把建(jian)設SKA亞洲科學(xue)(xue)中(zhong)心項目(mu)(mu)列入該市科技創新“十三五”規(gui)(gui)劃中(zhong)，并贏得SKA組織的高(gao)(gao)度(du)評價(jia)。

中(zhong)(zhong)國領先的(de)(de)(de)信(xin)息技術企業(ye)積極參與(yu)SKA數(shu)據處理(li)項目(mu)。2015年5月，中(zhong)(zhong)國浪潮集(ji)團有限(xian)公司與(yu)SKA組織在京聯合舉辦了“SKA科學(xue)數(shu)據處理(li)研討會”，旨在尋找一種更加高性能低(di)能耗的(de)(de)(de)計算(suan)架構，來應(ying)對全球最(zui)大“大數(shu)據”項目(mu)的(de)(de)(de)科學(xue)數(shu)據處理(li)挑戰。浪潮集(ji)團相關負責人表示，該集(ji)團與(yu)SKA組織針對項目(mu)中(zhong)(zhong)計算(suan)量最(zui)大、最(zui)耗時的(de)(de)(de)數(shu)據處理(li)軟件Gridding，已經(jing)展(zhan)開了并行優化工作，并在世(shi)界(jie)大學(xue)生超級計算(suan)機(ji)競賽(sai)中(zhong)(zhong)設置了相應(ying)的(de)(de)(de)賽(sai)題，激發全球各(ge)國超算(suan)年輕天才(cai)共(gong)同來解(jie)決這一難題。

在(zai)SKA信(xin)號和數(shu)據傳(chuan)輸(shu)方面，中方清華大學提出的(de)方案(an)在(zai)2017年(nian)10月召(zhao)開的(de)相關(guan)會議上被確(que)定為(wei)“低頻陣列望遠鏡的(de)最(zui)終時(shi)間(jian)同(tong)(tong)步方案(an)”。準確(que)的(de)時(shi)間(jian)同(tong)(tong)步系統是SKA的(de)重要組(zu)成部分(fen)，將使SKA在(zai)繪制宇(yu)宙中氫的(de)分(fen)布、研究脈沖星以(yi)及在(zai)銀河(he)范圍內探測引力波等眾多領域做出重要貢獻。清華大學提出的(de)時(shi)間(jian)同(tong)(tong)步系統方案(an)比(bi)SKA組(zu)織的(de)需求(qiu)提高(gao)了約兩個數(shu)量(liang)級，完全滿足SKA兩個階段的(de)參(can)數(shu)要求(qiu)。

③苦練功夫(fu) 內外兼修

作為SKA項(xiang)目(mu)的(de)創始國(guo)和成員國(guo)之一，中國(guo)早在SKA概念(nian)誕(dan)生伊始便積極參與其(qi)中。1993年，國(guo)際無線電科聯(lian)召(zhao)開日本京都大會，中國(guo)天文學家和澳(ao)、加(jia)、法、德等國(guo)的(de)天文學家一道(dao)聯(lian)合倡(chang)議(yi)籌(chou)劃建造接收面積為1平方公里(li)的(de)巨型射電望遠鏡，它(ta)的(de)靈敏(min)度(du)將比目(mu)前世界上(shang)最大的(de)望遠鏡高2個(ge)數量級(ji)。這就(jiu)是SKA的(de)發端。

為爭取SKA項(xiang)目選址中國，也為了(le)積累相關經(jing)驗，提(ti)高中國在射電天文(wen)學領域(yu)的發展水(shui)平，我國天文(wen)學家南仁東(dong)于1994年提(ti)出構想：利用貴(gui)州(zhou)喀斯特地貌在建設(she)全球最大的射電望(wang)遠(yuan)鏡(jing)“FAST”，這就是被(bei)譽為“中國天眼”的500米口(kou)徑球面射電望(wang)遠(yuan)鏡(jing)。

由于SKA對(dui)無線(xian)(xian)電信號(hao)等方(fang)面(mian)非常苛刻的要求(qiu)，中(zhong)國(guo)未能(neng)如愿(yuan)成(cheng)為SKA項目建設地，但是(shi)中(zhong)國(guo)在(zai)天(tian)文學領域持續(xu)發力，并取得了豐碩成(cheng)果。2009年(nian)，世界上最(zui)大的大視場望(wang)遠(yuan)鏡“LAMOST”建成(cheng)。2015年(nian)，我(wo)國(guo)在(zai)南極(ji)冰蓋制(zhi)高點昆(kun)侖(lun)站附近建成(cheng)了“巡(xun)天(tian)”望(wang)遠(yuan)鏡。2016年(nian)，“FAST”落成(cheng)啟用，成(cheng)為具有我(wo)國(guo)自(zi)主知識產權、世界最(zui)大單口徑、最(zui)靈敏的射(she)(she)電望(wang)遠(yuan)鏡。2017年(nian)，中(zhong)國(guo)首顆X射(she)(she)線(xian)(xian)空間(jian)天(tian)文衛星“慧眼(yan)”發射(she)(she)升(sheng)空，攜帶的硬X射(she)(she)線(xian)(xian)調制(zhi)望(wang)遠(yuan)鏡是(shi)研究黑洞、中(zhong)子(zi)星等致(zhi)密天(tian)體的“利器(qi)”。中(zhong)國(guo)在(zai)天(tian)文觀測(ce)領域的一個個飛躍，贏(ying)得了國(guo)際(ji)同行(xing)的尊(zun)敬。

與此同(tong)時，我國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)成(cheng)為(wei)SKA項(xiang)目(mu)的(de)大力推動者。2011年(nian)，包括中(zhong)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)在內的(de)7國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)作為(wei)創始成(cheng)員國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)成(cheng)立了(le)SKA獨立法人機構SKA組織。目(mu)前已有中(zhong)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)、澳大利亞、加拿大等(deng)10個(ge)核心成(cheng)員國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)，此外，還有來(lai)自20多個(ge)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家的(de)約100個(ge)組織也已投(tou)身(shen)SKA的(de)設計研(yan)發中(zhong)。

“堅持自主(zhu)(zhu)研發與(yu)國(guo)(guo)際合作并重，是中國(guo)(guo)特色自主(zhu)(zhu)創(chuang)新(xin)(xin)的(de)自覺之路。”科(ke)(ke)技(ji)部國(guo)(guo)際合作司司長(chang)葉冬(dong)柏表示，在苦(ku)練“內功”的(de)同時(shi)，通過參與(yu)SKA大科(ke)(ke)學裝置和國(guo)(guo)際大科(ke)(ke)學計劃(hua)，正不斷推動中國(guo)(guo)前沿科(ke)(ke)技(ji)探索走進新(xin)(xin)時(shi)代，也為國(guo)(guo)際科(ke)(ke)學創(chuang)新(xin)(xin)貢(gong)獻了中國(guo)(guo)智慧。

平(ping)方公里(li)陣列射電望(wang)遠鏡

平方(fang)公(gong)里陣(zhen)列射電望(wang)遠鏡(jing)(jing)（Square Kilometer Array,簡稱SKA）是國際天(tian)文學界(jie)(jie)計劃建造的世(shi)界(jie)(jie)最大(da)綜合孔徑(jing)(jing)射電望(wang)遠鏡(jing)(jing)，接收(shou)面積達(da)1平方(fang)公(gong)里，將為人類認知(zhi)宇宙提(ti)供重大(da)機遇。SKA由大(da)約(yue)3000個15米口徑(jing)(jing)拋物線(xian)面天(tian)線(xian)、250組中頻(pin)和低頻(pin)孔徑(jing)(jing)陣(zhen)列組成(cheng)，分布(bu)范(fan)圍(wei)大(da)于3000公(gong)里，形成(cheng)旋臂(bei)陣(zhen)列望(wang)遠鏡(jing)(jing)。

SKA將(jiang)致力(li)于(yu)回答(da)關于(yu)宇(yu)宙(zhou)的一(yi)些(xie)基本問題，如，第一(yi)代天體(ti)如何形成(cheng)、星系演(yan)化、宇(yu)宙(zhou)磁場作用、引力(li)本質(zhi)、暗物質(zhi)和暗能量等(deng)(deng)(deng)。SKA項目涉及天文、無線(xian)電、信(xin)息科學、力(li)學、機(ji)械、土木工(gong)程等(deng)(deng)(deng)眾多領域；集成(cheng)眾多高(gao)科技成(cheng)果，如高(gao)性能低造價(jia)寬(kuan)帶天線(xian)制(zhi)造、高(gao)品(pin)質(zhi)接收機(ji)、海量數(shu)據(ju)傳輸處理、信(xin)號處理、系統工(gong)程等(deng)(deng)(deng)，需要廣泛的國際合(he)作來實(shi)現(xian)。

【責任編輯：語謙】