[科学技术]中国智慧让SKA“观天巨眼”明眸善睐

中国人的智慧让ska用明亮的眼睛“看天空” 2018-02-11 10:41:38来源:人民日报海外版作者:张宝树1 “在天线研究领域，以前很难在国际顶级学术期刊上看到中国学者的影子。近年来， 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，给我们的记者列举了中国学者的名字 补充学术研究的是，中国在天线制造领域也取得了惊人的进步，不仅让国际同行相互对视，赢得了世界顶级用户的青睐，也为推动国际科学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)的第一个天线原型就是这方面的最新例子。这种天线会让斯卡的《望天》明亮而醒目 ①超高精度与惊艳亮相 2月6日下午3点，在河北省石家庄市中国电子科技集团公司第54研究所(中国电子第54研究所)工程现场，在众多记者的见证下，白色约7层楼高的巨型反射面天线启动，庞大的“身体”开始 这是一个国际科学项目。平方公里阵列射电望远镜的核心设备，即天线，首次亮相。继2015年中国电子提交的计划之后，它也赢得了激烈的国际竞争。它被确定为研究和开发ska反射面天线的唯一设计方案，并取得了另一项重大突破 这个天线的“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，使其主、副反射面受到重力、温度、风荷载的影响。准确率和综合价格都达到了今天的最好 斯卡公司的总干事菲利普·戴蒙德曾经对射电望远镜的高精度做了一个经典的对比描述 他说，雪花落下时产生的能量可以用微小来形容，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对天线价格、施工速度、运维成本和便捷性也提出了“苛刻”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 “我们的中国同事在类似技术方面有丰富的经验 基于这些经验构建ska是拥有成本可控的反射面天线的关键 这个原型正在中国出现，最终将有133个天线矗立在南非 ”菲利普·戴蒙德在来到现场观察示威时评论道 “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》对此进行了报道 ②数据处理中的超级计算 作为全球最大的天文学国际合作项目，ska将相当于一个反射面积高达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，巡天速度将提高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大于12tb，相当于2013年底中国互联网国际出口带宽的3.5倍，相当于谷歌年数据量的30倍 ska的大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，中国的超级计算机取得了快速发展，其成就举世瞩目，为ska为大数据处理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”榜单，中国的“神威太湖之光”和“天河二号”计算机再次夺冠并获得亚军，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。上海凭借中国科学院上海天文台和当地知名大学的人才和设备优势，将ska亚洲科学中心项目建设纳入城市科技创新。在“十三五”规划中，获得了ska组织的高度赞扬 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“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，以应对全球最大“大数据”项目的科学数据处理挑战。 Inspur集团相关负责人表示，集团和ska组织对项目中计算量最大、耗时最长的数据处理软件gridding进行了并行优化工作，并在世界大学超级计算机竞赛中设置了相应的竞赛题，以刺激世界。来自世界各地的超级计算年轻人才共同努力解决这个问题 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定为“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在测绘宇宙氢分布、研究脉冲星、探测银河系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方案比ska组织的需求高两个数量级左右，分两个阶段完全满足ska的参数要求 3努力工作和内外培训 作为ska项目的创始国和成员国之一，中国早在ska概念诞生之初就积极参与其中 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、德国天文学家共同提出建造一个接收面积1平方公里的巨型射电望远镜。它的敏感度会高于现在的世界。最大的望远镜高两个数量级 这就是斯卡的起源 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“快速”利用贵州喀斯特地貌建造世界最大射电望远镜的设想。这就是被称为“中国之眼”的500米球形射电望远镜 由于ska对无线电信号要求非常严格，中国未能如期成为ska项目建设地，但中国继续在天文领域发挥实力，并取得丰硕成果 2009年，世界上最大的大视场望远镜“拉莫特”建成 2015年，中国在南极冰盖制高点昆仑站附近建造了“天空观测”望远镜 2016年，“fast”建成开放，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”在空发射，搭载的硬x射线调制望远镜是研究黑洞和中子星等致密天体的“武器” 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，中国已成为ska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成立了ska，这是ska的一个独立法人实体 目前有中国、澳大利亚、加拿大等10个核心成员国。此外，来自20多个国家的大约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，在践行“内功”的同时，他通过参与ska科学仪器和国际科学计划，不断推动中国尖端科技探索进入新时代，也为国际科技创新贡献中国智慧 平方公里阵列射电望远镜 平方公里阵列射电望远镜(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个直径为15米的抛物面天线和250组分布范围超过3000公里的中频和低频孔径阵列组成一个螺旋臂阵列望远镜 ska将致力于回答一些关于宇宙的基本问题，比如第一代天体是如何形成的，星系演化，宇宙磁场，引力性质，暗物质暗能量等。 斯卡曲风项目涉及天文学、无线电、信息科学、力学、机械、土木工程等许多领域；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、系统工程等多项高科技成果的集成。，需要广泛的国际合作才能实现 (科技部国家遥感中心提供)