中国智慧让SKA“观天巨眼”明眸善睐

人民日报海外版(08版，2018年2月10日)

新华社，平方公里阵列射电望远镜的第一个天线原型

新华社称，斯卡公司总干事菲利普·戴蒙在首个天线原型的工厂交付仪式上发表讲话

“在天线研究领域，过去很难在*国际学术期刊上看到中国学者的影子。然而，近年来，发生了根本性的变化。如果你随便打开这些杂志，中国科学家的名字比例非常高，有时甚至达到三分之一到一半。”清华大学电子工程系教授、微波研究所所长约翰·杨(John young)很随意地从书架上拿出一份期刊，翻到目录，向我们的记者列出了其中一些中国学者的名字。

作为学术研究的补充，中国在天线制造领域也取得了惊人的进步。它不仅给国际同行留下了深刻印象，赢得了世界*用户的青睐，也为国际科学项目的推广做出了突出贡献。最近，中国领导的第一个平方公里阵列射电望远镜的原型天线就是这方面的最新例子。这种天线将使SKA“看天空”看起来很好。

(1)超高精度惊艳外观

2月6日下午3: 00，在河北省石家庄市中国电子科技集团有限公司第54研究所(中国电子第54研究所)的项目现场，在众多记者的见证下，高约7层的巨型白色反射面天线启动，其巨大的“机体”开始缓慢旋转，既能完成15度和90度的俯仰范围，又能完成约270度的旋转。

这是一个重大的国际科学项目。作为平方公里阵列射电望远镜的核心设备，天线在世界上首次出现。这也是继2015年中国电力部提交的方案赢得激烈的国际竞争并取得又一重大突破后，斯卡反射面天线研发的唯一设计方案。

这种天线的“杀手”当然是一个极好的精度指标。据54所SKA天线总设计师杜彪介绍，该天线采用高电磁屏蔽天线座设计，屏蔽电子设备辐射的电磁信号，使主副反射面在重力、温度、风荷载影响下的精度和综合价格达到当今最佳。斯卡公司总干事菲利普·戴蒙德曾经对射电望远镜的高精度要求进行过经典的比较描述。他说雪花落下所产生的能量可以说是微小的，但是它已经超过了射电天文学迄今为止所接收到的所有能量。与此同时，SKA还对天线价格、建设速度、运营维护成本和便利性提出了“严格”的要求。中国天线以其“高质量、低价格”的超高综合性价比“征服”了SKA组织。

“我们的中国同事在类似技术方面有着极其丰富的经验。在这些经验的基础上建立SKA是我们拥有成本可控的反射面天线的关键。这个原型正在中国制造，最终将在南非拥有133个天线。”菲利普·戴蒙德在参观示威现场时如是说。“对中国来说，这个项目标志着它作为一个世界科学强国崛起的一个里程碑，并为它赢得了参与跨国合作项目的声誉。”这是英国《金融时报》的报道。

(2)数据处理超级计算显示功率

作为世界上最大的国际天文学合作项目，SKA建成后将相当于一个反射面积达1平方公里的超大型望远镜。它的灵敏度将比目前世界上最大的射电望远镜阵列高50倍左右，它的巡天速度将高10000倍左右。这意味着它的运行将产生前所未有的数据，这就需要建立一个依靠超级计算技术的数据处理支持系统。根据相关预测，SKA计划每秒收集超过12Tb的数据，相当于2013年底中国互联网国际出口带宽的3.5倍，相当于谷歌年度数据量的30倍。斯卡庞大的数据规模无疑对现有的计算技术和架构提出了巨大的挑战。

近年来，中国的超级计算机发展迅速，引起了世界范围内的广泛关注，为斯卡公司在大数据处理领域做出更大贡献奠定了坚实的基础。根据2017年底公布的世界500强超级计算机名单，中国的“神威太湖之光”和“天河二号”计算机再次获得第二名，浮点运算速度分别为每秒9.3亿次和每秒3.39亿次。

中国的超级计算机实际上为SKA数据处理的准备工作做出了重大贡献。2016年8月和9月，“天河二号”成功运行了SKA数据处理软件系统框架，这是SKA项目大规模数据处理研究的关键一步。目前，斯卡公司成员国正在积极申请建设科学与数据中心，中国也在为此而努力。上海依托中国科学院上海天文台和当地著名大学的人才和设备优势，将斯卡亚洲科学中心建设纳入全市科技创新“十三五”规划，并获得斯卡组织的高度评价。

中国领先的信息技术企业积极参与SKA数据处理项目。2015年5月，中国浪潮集团有限公司与斯卡公司在北京联合举办了“斯卡科学数据处理研讨会”，旨在寻找一种性能更高、能耗更低的计算架构，以应对全球最大“大数据”项目的科学数据处理挑战。浪潮集团相关负责人表示，集团和SKA组织已经开始对项目中计算量最大、耗时最长的数据处理软件网格化进行并行优化工作，并在世界大学超级计算机大赛中设置了相应的竞赛问题，以激励来自世界各地的超级分子青年人才共同解决这一问题。

在SKA信号和数据传输方面，中国清华大学提出的方案在2017年10月举行的相关会议上被确认为“低频阵列望远镜的最终时间同步方案”。精确时间同步系统是SKA的重要组成部分，它将对绘制宇宙中氢的分布图、研究脉冲星和探测银河系中的引力波等诸多领域做出重要贡献。清华大学提出的时间同步系统比SKA组织的要求高出约两个数量级，完全满足SKA两个阶段的参数要求。

(3)内外兼修

作为SKA项目的创始国和成员国之一，中国从一开始就积极参与SKA概念。1993年，国际无线电协会在日本京都举行了一次会议。中国天文学家和来自澳大利亚、加拿大、法国、德国等国的天文学家共同提出建造一个接收面积为1平方公里的巨型射电望远镜。它的灵敏度将比目前世界上最大的望远镜高两个数量级。这是SKA的开始。

为了争取在中国建立“天眼”项目，积累相关经验，提高中国在射电天文学领域的发展水平，中国天文学家南任栋于1994年提出:利用贵州喀斯特地貌，建造世界上最大的射电望远镜“天眼”，即500米的球形射电望远镜“中国天眼”。

由于斯卡公司对无线电信号等方面的要求非常严格，中国未能如期成为斯卡项目的施工现场，但中国在天文学领域不断努力，并取得了丰硕的成果。2009年，世界上最大的大视场望远镜“LAMOST”建成。2015年，中国在南极冰盖的制高点昆仑站附近建造了一个“天空观测”望远镜。2016年，“FAST”建成并投入使用，成为世界上最大的单孔径、最灵敏的具有中国自主知识产权的射电望远镜。2017年，中国第一颗X射线太空天文卫星“天眼”发射升空。它携带的硬X射线调制望远镜是研究黑洞和中子星等致密天体的“利器”。中国在天文观测领域的飞跃赢得了国际同行的尊重。

与此同时，中国已经成为斯卡项目的有力推动者。2011年，包括中国在内的七个国家作为创始成员，建立了作为独立法律实体的斯卡公司。目前，中国、澳大利亚和加拿大等10个核心成员国。此外，来自20多个国家的约100个组织也参与了SKA的设计和研究。

“坚持自主研发与国际合作并重，是中国特色自主创新的自觉路径。”科技部国际合作司司长叶东白表示，他在实践“内功”的同时，通过参与SKA科学仪器和国际重大科学项目，不断推进中国前沿科技探索进入新时代，也为国际科技创新贡献了中国的智慧。

环

平方公里阵列射电望远镜

平方千米阵列射电望远镜(SKA)是国际天文学界计划建造的世界上最大的合成孔径射电望远镜，接收面积为1平方千米，这将为人类了解宇宙提供一个很好的机会。SKA由约3000个口径为15米的抛物面天线和分布范围超过3000公里的250组中频和低频孔径阵列组成，形成一个旋转臂阵列望远镜。

SKA将致力于回答一些关于宇宙的基本问题，如第一代天体是如何形成的，星系演化，宇宙磁场效应，引力本质，暗物质和暗能量等。斯卡项目涉及天文学、无线电、信息科学、力学、机械、土木工程和许多其他领域。集成多项高科技成果，如高性能低成本宽带天线制造、高质量接收机、海量数据传输处理、信号处理、系统工程等。，需要广泛的国际合作才能实现。

(科技部国家遥感中心供稿)

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