天馬望遠(yuǎn)鏡   湯海明攝

5月15日上午，2018年度上海市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)舉行，大會(huì)共授獎(jiǎng)300項(xiàng)（人）。引人矚目的是“上海65米射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)研制”項(xiàng)目（天馬望遠(yuǎn)鏡），摘得科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。

走近“天馬”

在毗鄰佘山的天馬山腳下，矗立著一臺(tái)“65米口徑、全方位可轉(zhuǎn)動(dòng)、射電望遠(yuǎn)鏡”，這就是“天馬”，它其以獨(dú)特的方式，捕捉來(lái)自浩瀚宇宙的動(dòng)靜和聲響，為人類“天馬行空、探索宇宙奧秘”貢獻(xiàn)力量。它已經(jīng)七歲了，“誕生”的時(shí)候，它曾被譽(yù)為“亞洲第一射電望遠(yuǎn)鏡”。

項(xiàng)目第一完成人、中科院上海天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)沈志強(qiáng)介紹，“天馬”體重2700噸，身高70米，占地面積相當(dāng)于8個(gè)籃球場(chǎng)大小。走近“天馬”，可以清晰地看到底部6組滾輪。“有了滾輪，天馬可以實(shí)現(xiàn)‘全方位可動(dòng)’，但不是轉(zhuǎn)360度，而是通過(guò)左右270度交叉轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。”

雖然是望遠(yuǎn)鏡，但是射電望遠(yuǎn)鏡并不能“看到”滿天星斗和美麗的星云。沈志強(qiáng)說(shuō)，“射電天文學(xué)誕生于1933年，用天線‘傾聽’來(lái)自宇宙的聲音，接收特定波段的電磁信號(hào)，將原始信息提供給科學(xué)家進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，解決不同的天文學(xué)問(wèn)題。饋源艙就是“信號(hào)接收機(jī)”，像是天馬的“耳朵”，它的工作波長(zhǎng)從最長(zhǎng)21厘米到最短7毫米共八個(gè)波段，也是我國(guó)目前工作波長(zhǎng)可覆蓋全部厘米波段的高性能射電望遠(yuǎn)鏡。站在饋源艙，仿佛立在“一口鍋”的中心，可以看到“鍋面”——由1008塊面板組成的直徑為65米的白色主反射面，這里有我國(guó)自主研發(fā)的第一個(gè)大型天線主反射面主動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)。“鍋底”有連接著面板的1104臺(tái)促動(dòng)器。上海交通大學(xué)葉騫副研究員介紹，“促動(dòng)器”的作用是通過(guò)控制調(diào)整面板以實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的高效率跟蹤觀測(cè)。由于在底部，要承受雨天過(guò)后積水的浸泡，“促動(dòng)器”的材料是“防水”的。

“前世今生”，話“天馬”

“空間觀測(cè)進(jìn)入新階段，天文觀測(cè)技術(shù)必須革新”。上世紀(jì)70年代，為了改變中國(guó)天文學(xué)觀測(cè)設(shè)備和研究技術(shù)落后的現(xiàn)狀，中科院院士、上海天文臺(tái)原臺(tái)長(zhǎng)葉叔華高瞻遠(yuǎn)矚地提出發(fā)展甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)（VLBI，very long baseline interferometry）和建造射電望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想。她多方奔走，帶領(lǐng)上海天文臺(tái)在1979年、1987年先后建成6米和25米射電望遠(yuǎn)鏡。這兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡可以說(shuō)是“天馬”的哥哥和姐姐，讓中國(guó)的天文事業(yè)趕上了世界新老技術(shù)的轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)，很快融入了世界天文科學(xué)的發(fā)展。

隨著時(shí)代的發(fā)展，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，已有的射電望遠(yuǎn)鏡天線口徑小、觀測(cè)頻率低，嚴(yán)重制約著未來(lái)執(zhí)行國(guó)家深空探測(cè)重大任務(wù)和開展射電天文觀測(cè)研究能力。在葉叔華院士的推動(dòng)下，以服務(wù)國(guó)家探月、深空探測(cè)任務(wù)和開展射電天文觀測(cè)研究為目標(biāo)，從2008年起上海天文臺(tái)肩負(fù)起研制具有多種科學(xué)用途的世界級(jí)大型射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的重任。

在天馬望遠(yuǎn)鏡的測(cè)控中心內(nèi)，墻上的一幅幅照片記錄了“天馬”誕生前的一個(gè)個(gè)重要過(guò)程：2009年6月地質(zhì)鉆探、2011年滾輪吊裝到位、2012年副反射面吊裝到位……對(duì)于天馬望遠(yuǎn)鏡的每個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，當(dāng)年的首席科學(xué)家沈志強(qiáng)如數(shù)家珍：“2008年10月底立項(xiàng)、2009年12月29日奠基、2010年3月19日開始現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)，2012年10月28日落成。”

“這個(gè)過(guò)程培養(yǎng)和鍛煉了一支具有射電天文研究、設(shè)備研制的優(yōu)秀隊(duì)伍。我們的團(tuán)隊(duì)夜以繼日、精誠(chéng)合作，運(yùn)用分別制造最后拼裝的方式，最后原定的6年建設(shè)周期被縮短到3年。”上海天文臺(tái)劉慶會(huì)研究員自豪地說(shuō)。

“天馬”行空，武功高強(qiáng)

專家認(rèn)為，天馬望遠(yuǎn)鏡是我國(guó)第一臺(tái)性能先進(jìn)功能齊全的全可動(dòng)大型射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)建設(shè)世界級(jí)大型射電望遠(yuǎn)鏡的目標(biāo)。

“天馬望遠(yuǎn)鏡研制過(guò)程中攻克的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)今后大型射電望遠(yuǎn)鏡研發(fā)也有重要應(yīng)用價(jià)值。”沈志強(qiáng)表示，天馬望遠(yuǎn)鏡凝聚了上海天文臺(tái)聯(lián)合中電54所、上海交大、中電16所等單位40多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和集成創(chuàng)新成果。例如，首次建成了性能先進(jìn)功能齊全的全可動(dòng)大型射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了3角秒的高精度指向，并達(dá)到了在1.2-50GHz八個(gè)波段任意仰角好于50%的高效率。

目前“天馬”綜合性能指標(biāo)在同類型望遠(yuǎn)鏡中位列世界前三，建成以來(lái)，已經(jīng)成為我國(guó)深空探測(cè)器測(cè)軌定位的國(guó)之重器，極大地提升了我國(guó)探月衛(wèi)星和深空探測(cè)器測(cè)定軌能力、國(guó)際VLBI和射電天文觀測(cè)能力。值得一提的是，2018年“天馬”為“嫦娥四號(hào)”保駕護(hù)航立下了“汗馬功勞”，在VLBI測(cè)定軌及中繼星天線在軌標(biāo)定任務(wù)中做出了關(guān)鍵貢獻(xiàn)。

“天馬”先后入選中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞、國(guó)防科技工業(yè)十大新聞、 十大天文科技進(jìn)展、中科院改革開放40年40項(xiàng)標(biāo)志性重大科技成果并榮登上海十大科技進(jìn)展榜首。

未來(lái)，“天馬”將繼續(xù)服務(wù)嫦娥五號(hào)、火星探測(cè)器、探月四期、小行星探測(cè)等的測(cè)定軌任務(wù)；也將繼續(xù)脈沖星、大質(zhì)量恒星、活動(dòng)星系核、X射電雙星等的觀測(cè)研究。據(jù)悉，以“天馬”為基礎(chǔ)，上海天文臺(tái)正積極參與建設(shè)世界上最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡——“平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡(Square Kilometre Array，SKA)，努力推動(dòng)世界天文事業(yè)的不斷發(fā)展。