SKA望远镜军团首个“新兵”诞生

2月6日,石家庄市。平方公里阵列射电望远镜SKA的首台正样样机SKA—P举行出厂仪式。这意味着,世界最大的射电望远镜军团SKA有了第一个士兵。

SKA—P是一台15米口径的反射面天线,底座高10米,整个天线高达21米,重量为42吨。在举行出厂仪式的中国电子科技集团公司第五十四所(中国电科54所)工程现场,有一个醒目的标语,“用世界上最大的天线阵列射电望远镜探索宇宙”。

是的,SKA的“最大”不在于单个望远镜的比较,而是一个最大的“阵列”。目前世界上最大单口径的射电望远镜,是位于中国贵州的500米口径球面射电望远镜FAST。如果说FAST是射电望远镜中的超级英雄,那么SKA就将是射电望远镜中的“第一军团”。

SKA是国际大科学工程“平方公里阵列射电望远镜”的简称。按照规划,SKA台址位于澳大利亚、南非等8个国家的无线电宁静区域,将由大约2500个SKA—P这样的15米口径反射面天线组成超级阵列,两个天线之间的最远距离为3000公里。这些望远镜天线的光线收集区面积加在一起,共计约1平方公里,因此得名“平方公里阵列”。

为什么要建设这么庞大的望远镜军团?“望远镜接收面积越大,就能接收到越微弱的信号。单个望远镜做成FAST那么大,已经接近物理极限。而小望远镜组成的大阵列,理论上可以无限扩展。”国家天文台副台长郝晋新研究员说。

“一片雪花掉落地面时产生的能量,超过了迄今为止射电天文领域接收到的所有能量。这让我们了解到这些射电信号有多么微弱,以及为了拾取这些信号,系统需要多么敏锐。我们试图从宇宙的黎明中发现这些微弱信号,因此需要一个巨大的接收面积。”SKA组织总干事菲利普·戴蒙德介绍,SKA建成后将比目前最大的射电望远镜阵列JVLA的灵敏度提高约50倍,巡天速度提高约1万倍,为人类认识宇宙提供重要机遇。

据悉,SKA性能惊人。它能探测50光年之外行星上机场雷达发出的信号,观测到130多亿年前宇宙大爆炸开始不久的宇宙现象。它将回答关于宇宙的基本问题,如宇宙的第一缕曙光、宇宙的结构形成、宇宙中的生命起源等,这些问题必将开辟人类认识宇宙的新纪元。

SKA是目前在建的全球最大综合孔径射电望远镜,也是多国合作、共同出资的国际大科学工程。约有20个国家、上百个大学和科研机构的天文学家和工程师参与了该项目研发。其中,中国扮演了重要角色——这个望远镜军团的第一个正式“士兵”SKA—P就由中国设计和领衔建造。

在出厂仪式现场,经济日报记者看到:10米高的底座上,SKA—P反射天线缓缓转动,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项目天线设备承包方——中国电科54所首席专家杜彪介绍,中国是“项目创始国之一”,凭借成本、性能、技术成熟度和工程可实施性等显著优势,中国方案被推荐为SKA后续研发的唯一设计方案。

据悉,SKA天线样机SKA—P的设计和建造由中国电科54所主导承担,其创新性设计于2015年5月提出,在同年11月召开的天线设计方案国际评选会上,由多名专家组成的国际评审委员会一致推荐中国设计方案作为SKA—P的唯一研发方案。

2017年,中国电科54所和国家天文台联合成立的射电天文技术联合实验室(JLRAT)开始领导南非、德国、意大利等国家的20家科研单位,共同开展SKA反射面天线国际联合研发,并承担了SKA首台天线正样样机(SKA—P)的研发工作,通过国际大协作圆满完成SKA项目首台天线建设任务。

建成的SKA—P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,由66块曲率各不相同、边长约3米的三角形面板拼装而成。

“反射面单元精度误差仅有两个头发丝的厚度,精度可控,完全自主生产。”杜彪介绍,中国产样机最终在技术上满足SKA所有指标要求,同时还将天线重量减少到以往同类天线重量的三分之二,降低了天线建设成本、提高了工程建设效率,为未来SKA项目的顺利实施奠定了强有力基础。

“这是中国首次正式牵头SKA工作,全面主持主导工程核心技术研发,为中国今后牵头和主导国际大科学工程积累了丰富经验。”郝晋新说。

(转自:新浪科技)

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注