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中国领导建造了斯卡公司的第一个天线原型。中国人的智慧让“田燕”明亮醒目

第一架平方公里阵列射电望远镜天线原型由新华社发布

“在天线研究领域,过去很难在顶级国际学术期刊上看到中国学者的影子。近年来,发生了根本性的变化。这些期刊随便翻开,中国科学家的名字就占了很大比例,有时甚至会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)从书架上拿出一份期刊,翻到目录,向记者列举了中国学者的名字。

中国领衔建成SKA首台天线样机中国智慧让“天眼”明眸善睐

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,不仅使国际同行相互审视,赢得了世界顶级用户的青睐,也为推动国际科研项目做出了突出贡献。最近,中国领导的平方公里阵列射电望远镜(ska)的第一个原型天线就是这方面的最新例子。这种天线将使斯卡的“看天空的眼睛”明亮迷人。

菲利普,斯卡公司的总经理?戴蒙在新华社发布的首个天线原型的工厂仪式上发表了讲话

①超高精度和惊艳外观

2月6日下午3点,在众多记者的见证下,整个高约7层的白色巨型反射面天线从位于河北省石家庄市的中国电子科技集团公司第54研究所工程现场开始,其巨大的“身体”开始慢慢旋转,不仅可以俯仰15-90度,还可以旋转270度左右。

这是一个重大的国际科学项目。天线是平方公里阵列射电望远镜的核心设备,首次对外亮相。这也是2015年中国电力分公司提交的方案在激烈的国际竞争中胜出后,ska反射面天线研发的唯一设计方案,取得了又一重大突破。

这种天线的“杀手”当然是一个极好的精度指标。据中国电力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,使主副反射镜在重力、温度、风荷载影响下的精度和综合价格达到当今最佳。关于射电望远镜精度的高要求,菲利普?钻石曾经有一个经典的对比描述。他说,雪花下落时产生的能量很小,但它已经超过了迄今为止射电天文学领域收到的所有能量。同时,ska还对天线价格、建设速度、运行维护成本和便利性提出了“严格”的要求。中国天线以“质优价廉”的超高综合性价比“征服”了ska组织。

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“我们的中国同事在类似技术方面有丰富的经验。基于这些经验建立ska是拥有成本可控的反射天线的关键。这个原型正在中国兴起,最终将有133个天线矗立在南非。”菲利普。戴蒙德来到现场观察示威时这样说的。“对中国来说,这个项目是一个里程碑,标志着它作为一个世界科学强国的崛起,并赢得了参与跨国合作项目的声誉。”英国《金融时报》报道了这一点。

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(2)数据处理是超级计算

作为世界上最大的国际天文学合作项目,ska将相当于一个反射面积可达1平方公里的超级望远镜,其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,测天速度将高1万倍左右。这意味着它的运行将在空之前产生数据,这需要建立一个依靠超级计算技术的数据处理支持系统。据相关预测,ska每秒收集的数据量计划超过12tb,相当于2013年底中国互联网国际出口带宽的3.5倍和谷歌年数据量的30倍。ska的大数据规模无疑对现有的计算技术和体系结构提出了巨大的挑战。

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近年来,中国的超级计算机发展迅速,其成就举世瞩目,为ska在大数据处理方面做出更大贡献奠定了坚实的基础。根据2017年底发布的全球“超级计算机500强”名单,中国的“神威?电脑“太湖之光”和“天河二号”以每秒9.3亿次和每秒3.39亿次的浮点运算速度再次获得冠军和亚军。

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巨大贡献。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,ska成员国正在积极申请建设科学和数据中心,中国也为此做出了努力。凭借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,上海将ska亚洲科学中心的建设纳入本市科技创新“十三五”规划,并获得ska组织的高度评价。

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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Inspur集团有限公司与ska在北京联合举办了“ska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,以应对世界最大“大数据”项目的科学数据处理挑战。据Inspur集团相关负责人介绍,该集团与ska对计算量最大、耗时最长的数据处理软件gridding进行了并行优化工作,并在世界大学生超级计算机大赛中设置了相应的竞赛题,激励了世界各地的年轻超级计算机一起解决这个问题。

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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,它将使ska在绘制宇宙氢分布图、研究脉冲星和探测银河系引力波等方面做出重要贡献。清华大学提出的时间同步系统方案比ska组织的要求高两个数量级,完全满足两级ska的参数要求。

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③内外兼修功夫

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了ska概念。1993年,国际无线电科学联合会在日本举行了京都会议。中国天文学家和澳大利亚、加拿大、法国、德国的天文学家联合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。这是斯卡的起源。

为了争取ska项目落户中国,积累相关经验,提高我国在射电天文学领域的发展水平,中国天文学家南于1994年提出了利用贵州喀斯特地貌建造世界上最大的射电望远镜“fast”的设想,这是一架500米的球形射电望远镜,被称为“中国之眼”。

由于ska对无线电信号的严格要求,中国未能如期成为ska项目建设地,但中国继续发挥其在天文学方面的实力,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,中国在南极冰盖制高点昆仑站附近建造了一个“天空测量”望远镜。2016年,“fast”建成并投入使用,成为世界上最大的单口径、最灵敏的射电望远镜,拥有中国自主知识产权。2017年,中国第一颗x射线空天文卫星“贵燕”发射至空,其硬x射线调制望远镜是研究黑洞和中子星等致密物体的“利器”。中国在天文观测领域取得了长足的进步,赢得了国际同行的尊重。

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同时,中国已成为ska项目的有力推动者。2011年,包括中国在内的七个国家成立了ska作为创始成员。目前,有10个核心成员国,如中国、澳大利亚和加拿大。此外,来自20多个国家的约100个组织也参与了ska的设计和开发。

“坚持自主研发和国际合作是中国特色自主创新的自觉之路。”科技部国际合作司司长叶东白表示,在努力实践“内功”的同时,通过参与ska科学仪器和国际科学计划,中国的尖端科技探索正不断推向一个新时代,也为国际科技创新贡献了中国的智慧。

平方公里阵列射电望远镜

平方公里阵列(ska)是国际天文学界规划的世界上最大的综合孔径射电望远镜,接收面积为1平方公里,将为人类了解宇宙提供巨大的机会。斯卡曲风由大约3000个直径15米的抛物面天线和250组中频和低频孔径阵列组成,分布范围超过3000公里,形成一个螺旋臂阵列望远镜。

斯卡曲风将试图回答一些关于宇宙的基本问题,如如何形成第一代天体、星系演化、宇宙磁场、引力性质、暗物质和暗能量等。斯卡曲风项目涉及天文学、无线电、信息科学、力学、机械、土木工程和许多其他领域;集成了许多高科技成果,如高性能、低成本的宽带天线制造、高质量的接收机、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。

来源:搜狐微门户

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