圖為平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡首臺(tái)天線(xiàn)正樣樣機(jī)。本報(bào)記者 張蕾攝/光明圖片

2月6日，由我國(guó)主導(dǎo)研發(fā)的國(guó)際大科學(xué)工程——平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（Square Kilometre Array，以下簡(jiǎn)稱(chēng)SKA）首臺(tái)天線(xiàn)正樣樣機(jī)，在河北石家莊中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四所工程現(xiàn)場(chǎng)舉行了出廠儀式。

2012年，我國(guó)正式參與SKA建設(shè)，與其他成員國(guó)一起推動(dòng)建立SKA政府間國(guó)際組織，并深度參與SKA的工程研發(fā)。2017年，由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四所和國(guó)家天文臺(tái)聯(lián)合成立的射電天文技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成為SKA國(guó)際天線(xiàn)工作包聯(lián)盟新的牽頭單位，聯(lián)合來(lái)自南非、德國(guó)、意大利等國(guó)家的20家科研單位，共同開(kāi)展SKA反射面天線(xiàn)研發(fā)。通過(guò)5年的攻關(guān)協(xié)作，如今已成功出廠的首臺(tái)天線(xiàn)正樣樣機(jī)，不僅在技術(shù)上滿(mǎn)足所有性能指標(biāo)，還將天線(xiàn)重量減少到以往同類(lèi)產(chǎn)品的2/3，大大降低了建設(shè)成本，提高了建設(shè)效率，為未來(lái)SKA項(xiàng)目的順利實(shí)施奠定了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。那么，國(guó)際大科學(xué)工程SKA到底可以用來(lái)做什么，為何會(huì)有多個(gè)國(guó)家熱情參與和支持？首臺(tái)天線(xiàn)正樣樣機(jī)的研制成功意味著什么，中國(guó)又在其中扮演著怎樣的角色？帶著這些問(wèn)題，本報(bào)記者采訪(fǎng)了SKA組織相關(guān)負(fù)責(zé)人和中國(guó)專(zhuān)家代表。

從“宇宙的黎明”中發(fā)現(xiàn)微弱信號(hào)

“一片雪花掉落地面時(shí)產(chǎn)生的能量，超過(guò)了迄今為止射電天文領(lǐng)域接收到的所有能量——這讓我們了解到這些射電信號(hào)多么微弱，以及為了拾取這些信號(hào)，系統(tǒng)需要多么敏銳。要試圖從‘宇宙的黎明’中發(fā)現(xiàn)這些微弱信號(hào)，需要一個(gè)巨大的接收面積。科學(xué)家試圖回答關(guān)于宇宙的一些基本問(wèn)題，SKA正是為了回答這些具體問(wèn)題而設(shè)計(jì)的一個(gè)望遠(yuǎn)鏡。”談到SKA設(shè)計(jì)的初衷，SKA組織總干事菲利普·迪亞蒙德(Philip Diamond)如是說(shuō)。

SKA計(jì)劃始于1993年。當(dāng)時(shí)，在國(guó)際無(wú)線(xiàn)電科學(xué)聯(lián)盟于日本舉行的大會(huì)上，10個(gè)國(guó)家的天文學(xué)家聯(lián)合提議建造一個(gè)巨型射電望遠(yuǎn)鏡陣列。“SKA并非一個(gè)直徑達(dá)1公里的射電天線(xiàn)，而是由幾千個(gè)較小的天線(xiàn)構(gòu)成的巨型射電望遠(yuǎn)鏡陣列。”SKA國(guó)際天線(xiàn)工作包聯(lián)盟主席王楓解釋道。據(jù)他介紹，SKA的臺(tái)址位于澳大利亞、南非及南部非洲8個(gè)國(guó)家的無(wú)線(xiàn)電寧?kù)o區(qū)域，接收面積約1平方公里，建成后將比目前世界最大射電望遠(yuǎn)鏡陣列JVLA(Jansky Very Large Array)的靈敏度提高約50倍，巡天速度提高約10000倍。

“SKA致力于揭示人類(lèi)共同關(guān)心的‘宇宙黎明’和‘生命搖籃’等科學(xué)之謎，回答關(guān)于宇宙的基本問(wèn)題，例如宇宙的第一縷曙光、宇宙的結(jié)構(gòu)形成、宇宙中的生命起源等，涉及天文、無(wú)線(xiàn)電、信息科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等基礎(chǔ)與高技術(shù)領(lǐng)域，這些問(wèn)題必將開(kāi)辟人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙的新紀(jì)元。”談起各國(guó)科研機(jī)構(gòu)為何不遺余力地聯(lián)合開(kāi)展這項(xiàng)大科學(xué)工程研究時(shí)，中國(guó)電科54所所長(zhǎng)張桂華表示。

2011年，包括中國(guó)在內(nèi)的7個(gè)國(guó)家作為創(chuàng)始成員國(guó)成立了SKA獨(dú)立法人機(jī)構(gòu)——SKA組織。目前該組織擁有澳大利亞、加拿大、中國(guó)、印度、意大利、新西蘭、南非、瑞典、荷蘭和英國(guó)10個(gè)成員國(guó)，總部設(shè)在英國(guó)。為保證各成員國(guó)政府提供穩(wěn)定的經(jīng)費(fèi)支持，確保SKA項(xiàng)目長(zhǎng)期有效運(yùn)行并享有特權(quán)與豁免待遇，各成員國(guó)擬通過(guò)談判建立一個(gè)具有法律約束力的國(guó)際組織，協(xié)調(diào)管理未來(lái)SKA項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)行。“2015年10月已經(jīng)啟動(dòng)了政府間正式談判，預(yù)計(jì)將于2018年上半年擇期簽署SKA天文臺(tái)公約，2019年啟動(dòng)采購(gòu)招標(biāo)，2020年全面開(kāi)工建設(shè)。”王楓向記者透露這項(xiàng)工作的進(jìn)展。

為人類(lèi)共同關(guān)注的問(wèn)題貢獻(xiàn)中國(guó)力量

為做好SKA工程建設(shè)的準(zhǔn)備工作，SKA組織于2013年向全球發(fā)布了11個(gè)工作包研發(fā)任務(wù)，近百家國(guó)際科研機(jī)構(gòu)形成工作包國(guó)際聯(lián)盟，面向SKA需求共同開(kāi)展科技攻關(guān)。其中，SKA反射面天線(xiàn)工作包聯(lián)盟由來(lái)自澳大利亞、南非、中國(guó)、加拿大、意大利、瑞典、英國(guó)、德國(guó)、西班牙9個(gè)國(guó)家的20家研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)組成，射電天文技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室代表中國(guó)參加該聯(lián)盟的研發(fā)工作。

2017年5月，澳大利亞卸任該聯(lián)盟主席，由參與各方推薦人選競(jìng)選新任主席。鑒于天線(xiàn)性能關(guān)乎SKA整體性能和科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，而天線(xiàn)的成本也將直接影響SKA的整體造價(jià)，各成員國(guó)對(duì)天線(xiàn)研發(fā)和后續(xù)工作高度重視，導(dǎo)致對(duì)聯(lián)盟主席這一職位的競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。最終，在科技部國(guó)際合作司和SKA中國(guó)辦公室的積極推動(dòng)下，來(lái)自中國(guó)的射電天文技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成功成為新的牽頭單位，中國(guó)電科54所專(zhuān)家王楓當(dāng)選為聯(lián)盟主席。

“在數(shù)年的合作與競(jìng)爭(zhēng)中，我國(guó)從最初參與國(guó)際聯(lián)盟、跟隨研發(fā)到現(xiàn)在牽頭主導(dǎo)核心工作包工作，不僅在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了從跟跑向并跑、領(lǐng)跑的邁進(jìn)，更鍛煉和提高了政府部門(mén)在國(guó)際科技合作和國(guó)際大科學(xué)工程中的組織協(xié)調(diào)能力。”在科技部副部長(zhǎng)黃衛(wèi)看來(lái)，此次天線(xiàn)樣機(jī)的成功研制，不僅展現(xiàn)了中國(guó)智慧，還代表了我國(guó)持續(xù)參與國(guó)際大科學(xué)工程的決心。

顯然，作為SKA工程研發(fā)的一個(gè)重大成果，天線(xiàn)樣機(jī)的研制成功具有重要里程碑意義，必將在整個(gè)SKA發(fā)展歷程中留下濃墨重彩的一筆。對(duì)此，菲利普·迪亞蒙德給予了高度評(píng)價(jià)：“我們的中國(guó)同事對(duì)類(lèi)似的技術(shù)有著極為豐富的經(jīng)驗(yàn)�；�于這些經(jīng)驗(yàn)來(lái)建造SKA，是我們能夠擁有一個(gè)成本可控的反射面天線(xiàn)的關(guān)鍵。這一原型機(jī)正在中國(guó)拔地而起，最終將有133面天線(xiàn)矗立在南非。”

“未來(lái)，在做好天線(xiàn)工作包的同時(shí)，我們還將在數(shù)據(jù)處理、孔徑陣列、時(shí)間同步等工作包中繼續(xù)與各方深化研發(fā)合作，在開(kāi)放合作中相互學(xué)習(xí)、借鑒、提高。”黃衛(wèi)表示，中方將以參加SKA國(guó)際大科學(xué)工程為契機(jī)，繼續(xù)積極融入全球創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)中國(guó)方案、中國(guó)技術(shù)、中國(guó)智慧逐漸走近世界射電天文舞臺(tái)的中央。

(新媒體責(zé)編：wb001)