中国参与SKA国际大科学工程取得历史性突破

科学网讯（记者 高长安 通讯员 庄芳）北京时间11月12日，在加拿大召开的SKA国际大科学工程（Square Kilometre Array，平方公里阵列射电望远镜，简称SKA）天线工作包联盟董事会会议上，中国电子科技集团公司第54研究所（以下简称54所）提交的SKA天线设计方案成功通过批准，顺利被选为后续唯一研发方案。标志着中国参与SKA国际大科学工程取得历史性突破，并将在SKA的核心设备研发中发挥引领作用。

据了解，平方公里阵SKA始于上世纪九十年代初，是多国合作的国际大科学工程计划，全球约有20个国家上百个科研机构的天文学家和工程师参与SKA研究。SKA拟由约3300面15米口径反射面天线、250个直径约60米的致密孔径阵列及250个直径180米的稀疏孔径阵列组成，分布在3000公里范围形成望远镜阵列。

SKA是一个规模宏大的科学工程，其使用的光纤可以绕地球两周，每天产生的数据量预计是全球互联网流量的10倍。它将成为世界上最大的综合孔径射电天文望远镜，比现有地面最大的射电望远镜阵列EVLA的灵敏度提高50倍，巡天速度提高10000倍，可以探测到50光年外行星的信号，将为人类认知宇宙提供重大机遇。

SKA工程已选址在南非(以及非洲八国)和澳大利亚两国的荒野中建设，总部设在英国，并将在各大洲设科学分中心。为便于SKA的研发建设，由中，英，澳等七国发起成立了SKA组织（简称SKAO）。SKAO目前共有11个成员国。2013年经国务院批复，由国家科技部牵头参加SKA的研发和建设。国家科技部牵头五个部委以及中国电科、中科院组成了SKA部际协调领导小组。

“建成后的SKA承担着重要的科学观测使命，它将致力于回答宇宙的一些基本问题，比如起源问题，它会致力于探讨宇宙学与星系演化，特别是星系形成、暗能量的基本性质，开展宇宙黑暗时期探测，寻找孕育生命的摇篮，探测外星生命；再比如，它会致力于探索宇宙间的基本力问题，检验爱因斯坦的相对论等理论是否正确，探索宇宙磁场的起源和演化。” 中国电科54所首席专家、SKA天线项目总设计师杜彪介绍。

据了解，SKA的建设将分为两个阶段，SKA1阶段和SKA2阶段，仅SKA1建设阶段项目总投入就高达约6.5亿欧元。SKA项目包含基础建设等在内的11个工作包，中国电科、中科院、清华大学等单位参加了其中6个工作包的研发。SKA1阶段包含133个天线，这一阶段为试观测阶段，为SKA2阶段奠定工程技术、经费和科学观测基础；SKA2阶段将进入大批量生产阶段，大约包含2000-3000个天线。

“在SKA的11个工作包里，天线工作包是其中最主要、最核心的部分，在70MHz-20GHz的SKA观测频谱中，占据从350MHz-20GHz的观测频谱。15米口径反射面天线的单价在一百万欧元左右，其资金占项目总投入的20%以上。”杜彪说，“中国电科54所跟踪和参与SKA天线领域的国际合作已有8年时间。目前，南非的MeerKAT厘米波射电望远镜和澳大利亚的ASKAP平方公里阵列射电望远镜都已成为SKA的重要组成部分。在澳大利亚ASKAP的研发和建设中，54所积累了丰富的经验。”

据悉，天线设计方案通过以后，根据设计方案，54所计划到2017年研发并制造出一个15米口径的双偏置格利高利天线正样样机并经过测试验证，为进入SKA1阶段正式建造天线打好基础。

杜彪介绍，2014年，团队在短短8个月的时间里，设计、制造出了SKA天线的概念样机DVAC（SKA中国验证天线），得到了国际同行的一致好评。概念样机突破了天线性能精确分析、天线机电一体化设计研究、宽带馈源技术、大尺寸面板整体成型技术等关键技术。其中，面形精度小于1毫米的18m×15m碳纤维整体成型主反射面面板的成功研制，使我国成为国际上仅有的两个掌握这种创新技术的国家之一。据悉，另一个是被称为“加拿大设计”的加拿大国家研究委员会。

“由于 SKAO后来变更了需求，参与竞争的几个天线概念样机都不能完全符合新的需求。但是，概念样机的研发，让我们突破了很多关键技术，积累了丰富的经验。在概念样机的基础上，我们根据新需求，进行了刻苦攻关，拿出了全新的天线设计方案，并最终成为SKA后续研发的唯一设计方案。”杜彪说。