世界最强天线“地球巨眼”！这份“中国方案”究竟有多牛？

编者按

这是SKA进入建设阶段以来

建成的首台中频天线，

标志着中国在SKA核心设备研发中

发挥引领和主导作用，

在国际大科学工程中，

为世界成功提供“天线解决方案”，

为国际天文领域再做重要贡献。

国际大科学工程平方公里阵列射电望远镜

（Square Kilometre Array，SKA）

始于上世纪九十年代初，

是人类有史以来在建的

最大综合孔径射电望远镜，

是多国合作、共同出资的国际大科学工程。

全球约20个国家上百个大学

和科研机构的天文学家和工程师

参与项目研发。

它之所以命名，

是因为组成阵列的射电望远镜

总接收面积达一平方公里，

相当于140个足球场大。

SKA的台址位于

澳大利亚、南非及非洲南部8国，

在约3000公里的广袤荒野中，

将建设约3000面天线，

组成一平方公里之大的“地球巨眼” ，

它静伏于地球表面，

观测宇宙深处最神秘的声音。

据介绍，SKA作为人类史上

建造规模最大的射电望远镜，

建成后将成为地球上最大、

最先进的科学设施，

比目前最大的射电望远镜阵列

灵敏度提高50倍，

巡天速度提高10000倍。

中国电科首席科学家郑元鹏介绍，

SKA将为人类认识宇宙提供重要机遇，

开启人类探测宇宙的新纪元。

它寄予着人类了解宇宙

和生命奥秘的使命，

将致力于揭示全球各国

和人类共同关心的一些基本问题 ，

如将探测宇宙、星系的起源和演化，

寻找更多的星系，

探寻孕育生命的新摇篮、

搜索外星生命等，

它还将致力于揭示和回答

关于“基本力”问题。

作为人类探寻宇宙样貌的“地球巨眼”，

SKA要获得对宇宙目标的“精准画像”，

除了得天独厚的站址条件外，

SKA中频天线更是

集多种关键技术于一身 ，

是科技人员的“匠心之作”。

SKA中频天线是一台

15米口径的赋形双偏置格里高利天线，

天线反射体是由

主反射体、副反射体、

换馈机构以及支臂构成。

天线主反射体采用了

高精度空间网架结构

和三角形铝合金面板，

这样更易于实现高精度，

也便于维护和快速安装。

整个天线的主反射面

是由66块不同曲率的

铝合金三角形面板

组成的六边形空间网架结构。

SKA中频天线结构项目设计师杨晋蓉说：

“ 我们的面板精度达到了

0.03—0.1毫米，

面形精度优于一百微米，

还不及两根头发丝的厚度，

这代表了国内面板设计与制造的

最高水平。 ”

天线要实现准确地“听音辨位”，

就需要具有较高的灵敏度和指向精度，

而且还要具备高电磁屏蔽能力，

屏蔽电子设备的电磁辐射干扰，

让天线更加专注于宇宙目标。

“SKA天线在天线效率与波束变形、

指向精度、电磁屏蔽与电磁兼容

等天线核心关键指标上，

提出了极高的要求，

带给设计与研发的挑战是前所未有的。”

SKA中频天线结构项目总设计师杜彪说，

“为满足高电磁兼容性

和高指向精度的世界性技术难题，

我们对伺服控制系统设计、

动态仿真、标校、调试、

测试方法和测试验证等

一系列关键技术开展攻关，

完成了高电磁兼容性伺服控制系统的

设计、加工和集成工作。 ”

SKA中频天线的伺服控制系统

需要满足比国军标

低约80dB要求的电磁兼容指标，

才能实现其高灵敏度观测。

同时，

采用全数字高精度伺服驱动控制设计

及高精度座架和天线结构的保型设计，

实现了千分之三度的高指向精度 。

当接收到观测指令时，

分布在上千公里范围的几千面天线

将精确地同步对准同一观测目标，

并持续同步跟踪观测，

实现最大的接收效率。

随着国产装置、技术和服务走出去，

“中国创造”正走向世界。

可以预见，

未来SKA将向国际射电天文界

展现更多“中国智慧”。

中央企业正在以技术合作为支点，

为构建人类命运共同体 贡献力量。

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