中国参与SKA国际大科学工程取得历史性突破

科学网快讯(记者高长安通讯员庄芳)北京时间11月12日，中国电子科技集团公司第54研究所(以下简称第54所)提交的SKA天线设计方案在加拿大举行的SKA国际大科学项目(平方公里阵列、平方公里阵列射电望远镜，以下简称SKA)天线工作包联盟董事会会议上获得通过，并被成功选为唯一的后续研发方案。这标志着中国参与斯卡公司重大国际科学项目的历史性突破，并将在斯卡公司核心设备的研发中发挥主导作用。

据了解，平方公里阵列SKA始于20世纪90年代初，是一个多国合作的重大国际科学和工程项目。来自大约20个国家的数百个科研机构的天文学家和工程师参与了SKA研究。SKA计划由大约3300个直径为15米的反射器天线、250个直径约为60米的密集孔径阵列和250个直径为180米的稀疏孔径阵列组成，这些阵列分布在3000公里的范围内以形成望远镜阵列。

SKA是一个大型科学项目。它的光纤可以绕地球运行两周，每天产生的数据量估计是全球互联网流量的10倍。它将成为世界上最大的合成孔径射电望远镜，其灵敏度比地面上最大的射电望远镜阵列EVLA的灵敏度高50倍，测量速度高1万倍。它将为人类了解宇宙提供一个很好的机会。

斯卡项目位于南非(以及八个非洲国家)和澳大利亚的荒野，总部设在英国，科学分中心遍布各大洲。为了促进SKA的研究和发展，由包括中国、英国和澳大利亚在内的七个国家发起并建立了SKA组织。SKAO目前有11个成员国。

2013年，经国务院批准，科技部牵头参与了斯卡公司的研发和建设。科技部牵头5个部委以及中国科学院和中国电力部组成了SKA部际协调领导小组。

“在完成了SKA承担的重要科学观测任务之后，它将致力于回答宇宙的一些基本问题，如问题的起源，它将致力于探索宇宙学和星系演化，特别是星系的形成，暗能量的基本性质，开展宇宙黑暗期探测，寻找生命的摇篮，探测外星生命；另一个例子是，它将致力于探索宇宙中的基本力，测试爱因斯坦的相对论和其他理论是否正确，并探索宇宙磁场的起源和演化。”54个研究所的首席专家、SKA天线项目的总设计师杜彪介绍说。

据了解，SKA的建设将分为两个阶段，SKA1阶段和SKA2阶段。仅SKA1建设阶段的项目总投资就高达约6.5亿欧元。SKA项目包括11个工作包，包括基础设施，其中6个工作包由中国电力部、中国科学院和清华大学开发。SKA1阶段包括133个天线。该阶段为试观测阶段，为SKA2阶段的工程技术、资金和科学观测奠定基础。SKA2阶段将进入批量生产阶段，包含大约2000-3000个天线。

“在SKA的11个工作包中，天线工作包是最重要和最核心的部分，在50赫兹至20赫兹的SKA观测频谱中，天线工作包占据了350兆赫至20赫兹的观测频谱。15米反射面天线的单价约为100万欧元，占项目总投资的20%以上。”杜彪说:“中国电力54部门跟踪并参与SKA天线领域的国际合作已有8年。目前，南非的“猫鼬”厘米波段射电望远镜和澳大利亚的ASKAP平方公里阵列射电望远镜已经成为“猫鼬”的重要组成部分。在澳大利亚ASKAP的开发和建设中，54人积累了丰富的经验。”

据悉，天线设计方案通过后，根据设计方案，54家机构计划在2017年前开发制造一款直径15米的双偏置格雷戈里天线样机，并已通过测试验证，为SKA1期正式天线建设打下良好基础。

杜彪表示，2014年，该团队在短短8个月内设计制造了DVAC SKA天线(SKA中国验证天线)概念样机，受到国际同行的好评。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、宽带馈电技术、大尺寸面板整体成型技术等关键技术。其中，18米×15米碳纤维整体成型主反射板的成功开发，使中国成为世界上仅有的两个掌握这一创新技术的国家之一。据悉，另一个是加拿大国家研究委员会，名为“加拿大设计”。

“由于SKAO后来改变了要求，参与竞争的几个原型天线概念不能完全满足新的要求。然而，概念原型的发展使我们突破了许多关键技术，积累了丰富的经验。在概念样机的基础上，根据新的要求，我们努力解决关键问题，提出了全新的天线设计方案，最终将成为SKA后续研发的唯一设计方案。”杜彪说道。