圖為平方公里陣列射電望遠鏡首臺天線正樣樣機。本報記者 張蕾攝/光明圖片

2月6日，由我國主導研發(fā)的國際大科學工程——平方公里陣列射電望遠鏡（Square Kilometre Array，以下簡稱SKA）首臺天線正樣樣機，在河北石家莊中國電子科技集團公司第五十四所工程現(xiàn)場舉行了出廠儀式。

2012年，我國正式參與SKA建設(shè)，與其他成員國一起推動建立SKA政府間國際組織，并深度參與SKA的工程研發(fā)。2017年，由中國電子科技集團公司第五十四所和國家天文臺聯(lián)合成立的射電天文技術(shù)聯(lián)合實驗室成為SKA國際天線工作包聯(lián)盟新的牽頭單位，聯(lián)合來自南非、德國、意大利等國家的20家科研單位，共同開展SKA反射面天線研發(fā)。通過5年的攻關(guān)協(xié)作，如今已成功出廠的首臺天線正樣樣機，不僅在技術(shù)上滿足所有性能指標，還將天線重量減少到以往同類產(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SKA項目的順利實施奠定了強有力的基礎(chǔ)。那么，國際大科學工程SKA到底可以用來做什么，為何會有多個國家熱情參與和支持？首臺天線正樣樣機的研制成功意味著什么，中國又在其中扮演著怎樣的角色？帶著這些問題，本報記者采訪了SKA組織相關(guān)負責人和中國專家代表。

從“宇宙的黎明”中發(fā)現(xiàn)微弱信號

“一片雪花掉落地面時產(chǎn)生的能量，超過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多么微弱，以及為了拾取這些信號，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，需要一個巨大的接收面積�？茖W家試圖回答關(guān)于宇宙的一些基本問題，SKA正是為了回答這些具體問題而設(shè)計的一個望遠鏡。”談到SKA設(shè)計的初衷，SKA組織總干事菲利普·迪亞蒙德(Philip Diamond)如是說。

SKA計劃始于1993年。當時，在國際無線電科學聯(lián)盟于日本舉行的大會上，10個國家的天文學家聯(lián)合提議建造一個巨型射電望遠鏡陣列。“SKA并非一個直徑達1公里的射電天線，而是由幾千個較小的天線構(gòu)成的巨型射電望遠鏡陣列。”SKA國際天線工作包聯(lián)盟主席王楓解釋道。據(jù)他介紹，SKA的臺址位于澳大利亞、南非及南部非洲8個國家的無線電寧靜區(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致力于揭示人類共同關(guān)心的‘宇宙黎明’和‘生命搖籃’等科學之謎，回答關(guān)于宇宙的基本問題，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、無線電、信息科學、系統(tǒng)科學等基礎(chǔ)與高技術(shù)領(lǐng)域，這些問題必將開辟人類認識宇宙的新紀元。”談起各國科研機構(gòu)為何不遺余力地聯(lián)合開展這項大科學工程研究時，中國電科54所所長張桂華表示。

2011年，包括中國在內(nèi)的7個國家作為創(chuàng)始成員國成立了SKA獨立法人機構(gòu)——SKA組織。目前該組織擁有澳大利亞、加拿大、中國、印度、意大利、新西蘭、南非、瑞典、荷蘭和英國10個成員國，總部設(shè)在英國。為保證各成員國政府提供穩(wěn)定的經(jīng)費支持，確保SKA項目長期有效運行并享有特權(quán)與豁免待遇，各成員國擬通過談判建立一個具有法律約束力的國際組織，協(xié)調(diào)管理未來SKA項目的建設(shè)和運行。“2015年10月已經(jīng)啟動了政府間正式談判，預計將于2018年上半年擇期簽署SKA天文臺公約，2019年啟動采購招標，2020年全面開工建設(shè)。”王楓向記者透露這項工作的進展。

為人類共同關(guān)注的問題貢獻中國力量

為做好SKA工程建設(shè)的準備工作，SKA組織于2013年向全球發(fā)布了11個工作包研發(fā)任務(wù)，近百家國際科研機構(gòu)形成工作包國際聯(lián)盟，面向SKA需求共同開展科技攻關(guān)。其中，SKA反射面天線工作包聯(lián)盟由來自澳大利亞、南非、中國、加拿大、意大利、瑞典、英國、德國、西班牙9個國家的20家研究機構(gòu)和大學組成，射電天文技術(shù)聯(lián)合實驗室代表中國參加該聯(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選新任主席。鑒于天線性能關(guān)乎SKA整體性能和科學目標的實現(xiàn)，而天線的成本也將直接影響SKA的整體造價，各成員國對天線研發(fā)和后續(xù)工作高度重視，導致對聯(lián)盟主席這一職位的競爭異常激烈。最終，在科技部國際合作司和SKA中國辦公室的積極推動下，來自中國的射電天文技術(shù)聯(lián)合實驗室成功成為新的牽頭單位，中國電科54所專家王楓當選為聯(lián)盟主席。

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

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

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

(新媒體責編：wb001)