作者:黄辛 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/10/27 20:09:06
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上海65米射电望远镜系统研制项目通过总体验收
综合性能指标位居世界前列

科学团队集体合影

上海65米射电望远镜雄姿

10月27日,中国科学院发展规划局会同前沿科学与教育局、重大科技任务局、科技促进发展局、条件保障与财务局、人事局,在上海组织完成“上海65米射电望远镜系统研制项目”总体验收。中国科学院副秘书长汪克强出席会议并作讲话。由顾逸东院士任组长、段宝岩院士与魏子卿院士等12位领域专家与管理专家组成了总体验收专家组,实地考察了望远镜现场,听取了项目实施整体情况的报告以及分项验收意见,经质询讨论,一致同意项目通过总体验收。

总体验收专家组认为项目高质量地完成了各项研制任务,达到了立项目标。完成了嫦娥二号扩展任务、嫦娥三号任务以及探月三期再入返回飞行试验器的 VLBI 测定轨任务,在国家相关重大任务中发挥了关键作用。开展了单天线观测模式的脉冲星、分子谱线、连续谱等天文观测研究,作为国际VLBI网的重要观测站成功开展了国内外的VLBI联测,取得了重要的射电天文观测成果。更为关键的是,项目实施过程中锻造了一支具有射电天文研究、设备研制、天线运行管理能力的优秀队伍。项目研制完成和运行后,望远镜综合性能指标在同类型望远镜中位列世界前三名,大幅提升了我国射电天文观测能力和执行国家任务的能力。

技术指标达到国际先进水平

天马望远镜2008年立项,2012年10月落成。站在70米高、2700吨重的“天马”脚下,可以清晰地看到望远镜底部旋转的轨道和主反射面下的俯仰装置,这才理解了什么叫“全方位可动”。其工作波长从最长21厘米到最短7毫米共8个波段,是我国目前工作波长可覆盖全部厘米波段的高性能射电望远镜。

记者来到了位于第5层的距地面高约30多米的馈源舱,8个波段的信号接收机就在这里。沿着陡立窄小的楼梯爬三层,就到了馈源舱顶部。俯视之下,正对着1008块面板组成的直径为65米的白色主反射面,像一口圆圆的“锅”。这里有我国自主研发的第一个大型天线主反射面主动调整系统,通过连接着面板的1104台促动器的快速控制调整以实现望远镜的高效率跟踪观测。仰视望去,是“天马”最高处的副反射面装置。所有来自宇宙的信号,就是经由主反射面到副反射面,再聚焦到馈源舱被收集起来。

经测试,作为中科院和上海市联合立项的重大合作项目,天马望远镜系统所有技术指标均满足或优于任务书中技术指标的要求。

为月球车的成功着陆保驾护航

上海天文台台长洪晓瑜告诉《中国科学报》记者,天马望远镜落成后即参与对嫦娥二号卫星飞越小行星探测过程中的VLBI精确定轨。这也是当时我国执行的距地球最遥远的航天任务。2013年12月,我国发射嫦娥三号,并释放“玉兔”号月球车。“天马”全程参加了嫦娥三号VLBI实时观测任务,使中国VLBI测量网的灵敏度大幅提升1.6倍以上,时延测量误差由嫦娥二号时的1.77纳秒降至0.67纳秒,以1米的精度实现了月球车相对位置的测量。“嫦娥三号落月探测的定轨精度大幅提高,为月球车的成功着陆保驾护航。”

天马望远镜总工程师刘庆会介绍说,通过数据处理,嫦娥三号在月球上转弯时会“画”出一个圆弧,移动时会“拖”出一根斜线,“往往是我们先监测到了,指挥中心再宣布刚才月球车转弯或移动了,算是先睹为快吧。”

今后,上海天马望远镜将作为主力测站继续参加嫦娥五号采样返回、嫦娥四号月球背面软着陆、火星探测绕飞和着陆巡视的VLBI测定轨等国家重大工程测轨定位工作任务。

在国际合作研究中凸现中国地位

“天马”综合性能位于世界前列,加上地处几个国际上主要VLBI网的交汇处,能有效提高国际VLBI网的探测灵敏度,成为中国VLBI网乃至东亚VLBI网的核心。

据上海天文台VLBI国际联测联系人夏博工程师介绍,天马建成后,就成为欧洲VLBI网正式成员,参加每年三次,每次一个月的常规观测。2016年2月18日,欧洲VLBI网联测中,原本被选为参考天线的国外射电望远镜临时出了故障,天马望远镜“临危受命”首次被选为数据相关处理的参考天线,对参与观测的14个台站的数据进行检测,分别得到了各条基线的条纹,标志着天马望远镜的综合性能已得到国际认可,并发挥主力作用。

东亚VLBI网是由中、日、韩三国的射电望远镜组成,正处于综合测试和试观测阶段。天马望远镜是目前我国唯一具备毫米波VLBI观测能力的射电望远镜,它的加入不仅改善了整个观测网的UV覆盖,更重要的是借助它的高灵敏度,将东亚VLBI网的探测能力提升了1倍以上。

同时,天马望远镜成功开展了分子谱线和脉冲星等射电天文观测。探测到了包括长碳链分子HC7N在内的许多重要分子的发射和一些新的羟基脉泽源,探测到包括北天周期最短毫秒脉冲星在内的一批脉冲星,发现了目前研究热点"银心磁星"具有周期跃变现象等,取得了重大的射电天文观测成果。

目前天马望远镜已初步实现了对外开放,包括北京大学、国家天文台等10多家单位的数十名科学家利用其观测研究。同时还成为了欧洲VLBI网、IVS网、东亚VLBI网灵敏度较高的测站。

年轻科技人员成长迅速

在天马望远镜建设和调试过程中,年轻的技术人员发挥了重要作用。如李斌研发的K波段、仲伟业研发的Q波段制冷接收机,频率接收范围宽,噪声低,性能指标达到国际先进水平。王锦清建立了高精度的指向模型,最高指向精度达到4角秒。董健建立了国内首套主反射面重力变形改正模型,使得最高观测频率在任意仰角的接收效率都达到50%以上。赵融冰开发的软件控制系统,软件达到数十万行,能自动控制各种观测设备,满足各种观测需求。付丽积极参加了天线系统建设和各种测试,做出了重要贡献。王玲玲研发的时间频率系统,很好的满足了各种观测需求。

2013年科学家在银河系中心黑洞人马A*座附近发现了一颗具有射电辐射的磁星,磁星是磁场可高达几百亿特斯拉的一类脉冲星。对它的观测研究,对探测银心黑洞周围物理环境具有重要意义。天马望远镜研究团组从2014年6月至10月对该磁星进行了观测研究,成功捕捉到其剧烈射电爆发。闫振副研究员表示,世界上目前只有两台射电望远镜在单脉冲水平上对该磁星进行过详尽的量化分析,其中一台是美国GBT 100米口径射电望远镜,另一台就是上海65米口径的天马望远镜。

年仅39岁的女科学家李娟副研究员作为天马望远镜研究团组成员,对巨蛇座分子云复合体中的一个云核进行了观测,在其中探测到了丰富的长碳链分子,这是上世纪70年代以来在星际空间探测到的第三个富含长碳链分子的云核,这一工作对于长碳链分子化学的研究以及新的长碳链分子的搜寻都具有重要意义。“得益于天马望远镜的高灵敏度和高速度分辨率,其中有9条跃迁线是第一次被探测到,有2条精细结构线则是首次被分解开。”李娟说,探测到长碳链分子信号那天,她激动得一夜没睡着。“我特别感激天马望远镜给了我们年轻人机会。”近期,该科研团组利用天马望远镜对人马座B2中的两个重要的复杂有机分子乙醇醛和乙二醇分子进行观测。上海天文台副台长、天马望远镜首席科学家沈志强解释说,“复杂有机分子与地球上的生命起源息息相关,这些分子的性质和形成机制的研究是天体生物学研究的重要一环。观测发现,银河系中心巨分子云人马座B2中的复杂有机分子非常丰富,尺度达100光年。这一观测不仅为银心存在延展的复杂有机分子提供了直接证据,也为复杂有机分子的化学模型提供了很强的限制。”

沈志强表示,自2012年建成后,“天马”边调试边观测,2014年开始对国内开放,如今一年的运行时间达到7000多个小时。他表示,今后将继续扩大对外开放观测时间。“未来的运行,也将向国际水平看齐。”

同时,从2014年开始,天马望远镜连续三年参加了中科院公众科学日及上海科技活动周的相关活动,为社会公众揭开了其神秘面纱。

“我国科技发展已进入历史新阶段,我们将以时不我待、只争朝夕的精神,迎接挑战,坚持创新。”洪晓瑜表示,天马望远镜将力争建成一个以开展天文科学研究和承担国家重大任务为主,兼具科普教育和公益服务功能的大型公共服务平台。做到开放范围更大,开放更加规范,逐步达到国际标准,为我国培养一批射电天文学研究人才,获得一批世界一流原创成果。(中国科学报《创新周刊》专稿)

 
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