侯金良:为科技创新做好服务保障

“我现在想奋斗两件事,其中一件是SKA(平方公里阵列射电望远镜)到中国来,上海要争取做它的科学与数据的地区中心,这个地区最低限度是中国,再大一点是亚洲,再大一点是亚太。”

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“探月工程嫦娥二号任务突出贡献单位”“国防科学技术进步特等奖”“国家科学技术进步特等奖”……近年来,中科院上海天文台围绕国家重大需求,科研上取得了系列重大成果。在这成果背后,上海天文台党委立足科研,精心组织,把服务重大战略需求作为工作的出发点和着力点。

这是92岁的中国科学院院士、中科院上海天文台研究员叶叔华近几年最大的梦想之一。

图说:天马望远镜 来源/上海天文台供图

立足重大需求,科学谋划发展

梦想在今年3月真正照进了现实。

如果说,“上海中心”代表了上海创新发展不断突破天际的新高度,那么坐落于松江的“天马”望远镜,就像不断开阔的“上海视野”,放眼未知,望向未来。今天上午召开的上海市科学技术奖励大会上,上海65米射电望远镜系列研制,荣获2018年上海市科技进步特等奖。

随着我国科技进步的日新月异,越来越多的国家重点战略工程领域迫切需要上海天文台能够承担更多的国家责任。上海天文台党委敢当大任、义不容辞,主动对接国家战略需求,以服务国防建设为己任,把基层党建工作放到全台发展大局中去思考谋划,邀请了在工程研究方面起步比较早、经验较丰富的兄弟院所的专家到台里开设专题讲座,传授交流工作经验和方法,克服基础研究与应用研究两种研究理念和文化的反差,带领广大党员、职工主动融入国家科技创新的发展,依托甚长基线干涉测量技术、卫星激光测距技术、月球激光测距技术、时间频率技术等高精度现代空间对地观测技术,开展国防、航天、防震减灾等重大工程研究和服务,参与中国探月工程、北斗导航工程等国家重大项目,使上海天文台逐渐由纯基础科学的研究转向基础研究与工程应用科学研究并重,为我国提供智力支持和技术支撑,让科学服务于人民大众。

在意大利罗马,中国、澳大利亚、意大利、荷兰、葡萄牙、南非和英国这七个“平方公里阵列射电望远镜”项目的创始成员国,签署了成立政府间国际组织的SKA天文台公约,标志着中国将深度参与世界最大综合孔径射电望远镜项目。

国之“重器”

支部建在实验室,锻造精兵劲旅

正如那句著名谚语“罗马不是一天建成”,SKA天文台的签约,也包含着中国天文学家数十年的努力和创新。

大型射电望远镜是深空探测器导航和天文学研究等领域的关键基础设施,代表了一个国家的综合创新能力。我国先后建设了口径为25米至50米等4面射电望远镜。2007年,它们和上海数据处理中心组成的甚长基线干涉测量网,作为探月工程VLBI测轨分系统,对探月工程国家重大专项的精密测定轨任务做出了重大贡献。但是,当探索太空的视野需要望向宇宙的更深处时,我国射电望远镜与国际先进水平的差距,大大制约了“中国视野”。

上海天文台党委牢固树立“党建工作也是生产力”的观念,把抓好基层党建工作作为推进科研创新发展的重要保证,弘扬我党我军“支部建在连上”的优良传统,把支部建在实验室,让党旗飘在第一线,使党建始终跟着中心走、贴着中心做,为实现科学发展注入了强劲动力。

中国是SKA创始成员国中的唯一亚洲代表。

从2008年起,中科院、上海市和探月工程联合出资,由上海天文台负责开始研制一台具有多种科学用途的世界级大型射电望远镜系统即上海65米射电望远镜,建设地点在上海市松江佘山基地。十年后,当记者站在70米高、2700吨重的“天马”脚下,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,才明白天马望远镜所获一切殊荣的意义。

面对近年来学科交叉、大项目攻关等新需求,台党委及时调整和优化支部设置,紧紧抓住每个科研骨干的学科优势,把支部建设有机地与学科团队、创新团队等相结合,引导党员科研骨干将自身的研究基础有机地和国家需求进行融合,参与学科建设、破解发展难题,既发挥了党员的先锋模范作用,又将党建工作很好地融入到科研工作中,有力地促进了科研工作,也为广大群众树立了“先锋队”形象。同时,将科研骨干充实到支委中,“大海航行靠舵手”,实行研究室副主任兼任党支部书记,选优配强,实现科研、党务和管理工作互相促进,推进项目实施的同时,同步推进党建工作。

而上海,正在代表中国,

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台党委积极推动支部开展“三培一推”工程,各党支部“坚持把项目技术骨干培养成党员、把党员培养成项目技术骨干、把党员技术骨干培养成项目管理人员,把党员技术骨干推荐为中层干部”,不断壮大党员队伍。胡小工同志既是北斗导航工程的科研骨干,又是探月工程VLBI测轨分系统主任设计师,同时也是空间飞行器精密定轨及其应用团组首席科学家,工作认真、业务能力强,党支部指定专人一直与其保持密切的沟通联系,了解其思想动态,同时在科研工作中利用支部老共产党积极引导,在支部的关怀和培养下,他的政治思想觉悟、个人素质也有了全面的发展。考察成熟后他光荣入党,正式入党后,更加严格要求自己,全过程参与了从嫦娥一号到嫦娥三号的测定轨任务,承担了北斗二代卫星试验卫星工程地面支持系统信息处理系统的研制、建设等工作,还担任了研究室副主任……各党支部推行“三培一推”工程,锻炼和培养了一支支敢于拼搏奉献、专业精良的党员骨干队伍,不仅有利于完成项目,而且积极发挥了党员的模范带头作用,形成了一个良好的科研攻坚精兵劲旅。

努力建设SKA国际阵营的亚洲高地。

www.yzc579.com,图说:获奖团队主要成员

坚持自主创新,实践强国梦想

从未如此清晰认识宇宙

建设大型射电望远镜,需要攻克高精度指向、高接收效率、低温宽频带接收、复杂灵活控制、综合性能测试和模型建立等一系列技术难题,是一个国家综合创新能力的集中体现。上海天文台联合中电54所、上海交大、中电16所等单位,攻克40多项关键技术和集成创新,建成了我国第一台性能先进功能齐全的全可动大型射电望远镜系统,实现了我国建设世界级大型射电望远镜的目标。该系统综合性能指标在同类型望远镜中位列世界前三,极大地提升了我国探月卫星和深空探测器测定轨能力、国际VLBI和射电天文观测能力。

与祖国发展心魂相守。探月工程中,测控系统的性能直接关系到能否将探月卫星送入月球轨道,上海天文台利用甚长基线干涉测量技术,成功攻克了实时VLBI数据处理、DOR测量、月面目标精确定位等关键技术,保证了嫦娥一号到嫦娥三号测定轨任务的顺利完成。在整个探月工程过程中,上海天文台的党员、科研人员谱写了一曲曲敬业奉献之歌。洪晓瑜台长率领团队成员以台为家,坚守岗位,毫无怨言;侯金良书记组织安保、供电、食堂、医务系统,不分昼夜全力运作,为圆满完成工程任务提供了坚强的组织保障;年逾花甲的老同志不辞辛苦,带病坚持值班,远赴密云、昆明观测站,确保分系统正常运行;年轻党员为探月任务推迟婚期;怀孕的准妈妈坚持上岗……

410年前的一个秋天,也是在意大利,伽利略制作出了一个放大倍数为32倍的望远镜。他将镜头首次对准了月球,这是人类首次对月面进行科学观测。

自主创新

北斗卫星导航系统是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,建成将形成卫星导航产业链,广泛应用于国民经济社会各行业。上海天文台作为北斗卫星导航系统重要参研单位,通过自主创新,完成了该系统中的信息处理、激光测距、地面时间频率系统建设以及地面主动型高精度守时氢原子钟的研制等多项关键技术的突破。在北斗导航任务中,面对技术难度大、指标要求高、体系复杂、任务紧迫等困难,上海天文台的党员、科研人员不畏艰难,刻苦钻研,协同工作,在联调联试期间常常刚下飞机又上火车,从忙碌的实验室到寂静的机房,白天夜晚连轴转,累得倚在墙角就能入睡,一次次深入调研,一次次周密论证,一次次攻坚克难,一次次用黎明送走黑夜,排查解决技术问题,反复论证和试验,正是靠着勇于担当、只争朝夕的精神,利用自身在相关领域长期积累的学科经验,为北斗二号卫星工程的圆满成功作出了重要贡献。

那么,SKA又将带给人类怎样的惊喜?

作为一台全方位可转动的望远镜,天马望远镜的硬件和软件系统实现了多项自主创新。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。据天马望远镜首席科学家、上海天文台台长沈志强介绍,设计之初经过国际专家的评审和论证,“天马”采用了我国自主研制的第一个大型天线主反射面主动调整系统。

在上海市建设“具有全球影响力的科创中心”的大背景下,上海天文台党委配合行政,积极响应号召,主动接受挑战,主动参与科创中心建设。我台提出“建设SKA亚洲科学中心”的倡议,已被列入上海市科技创新“十三五”规划。在SKA亚洲科学中心建设中,党员领导带头积极投入科学队伍建设,特别是科学数据分析软件人才队伍的建设,引进相关人才,团队建设取得初步成果。SKA数据处理技术有望产生进一步的社会效益和经济效益,在民用、国防、军事等领域都均具有重大战略意义。

“射电望远镜是用来接收和研究宇宙中天体微弱的射电波,可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量,研究宇宙的形成、天体的演化等等。”中科院上海天文台研究员洪晓瑜介绍,“射电望远镜有两个象征性指标:灵敏度和分辨率。”

登上“天马望”望远镜,距地面高约30多米的五层楼处是馈源舱,8个波段的信号接收机就在这里。沿着陡峭的镂空楼梯再爬三层,向下俯视,正好面对着1008块面板组成的巨大“大锅盖”——直径为65米的白色主反射面。我国自主研发的第一个大型天线主反射面主动调整系统就在这里。通过连接着面板的1104台促动器,将每块面板的定位精度控制在15微米,补偿天线在不同俯仰角度上的重力形变,使天线保持标准的抛物面形状。保证望远镜实现不同的“视角”和转速,完成高效率跟踪观测。

“为山九仞,岂一日之功。”上海天文台参与诸多国家重大工程的科研工作,离不开深厚的基础研究做支撑,长期坚持天文学基础研究工作,在国家需要时主动承担国家重任,克服各种困难向工程应用研究迈进,顺利完成了一项项国家重大战略工程,是新时期爱国主义精神的进一步升华!

射电望远镜有超高探测灵敏度,它的计量单位为央斯基,相当于一万公里以外的手机信号。目前射电望远镜能探测到的灵敏度是百万分之一的央斯基,相当于能接受到火星上的手机信号,是天文学观测中灵敏度最高的观测手段。

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“我们通过参与国家重大工程,获得了很多荣誉,感觉自己的天文基础知识和国家需要结合在一起了,我们很有成就感,这在以前是无法想象的!”上海天文台一位党员骨干无比感慨,也许这就是与祖国同行,梦想在党旗下闪光的真实写照。(作者系中科院上海天文台党委书记)

或许你还记得在嫦娥系列卫星“奔月”之路上立下汗马功劳的甚长基线干涉测量网——其测量分辨率等效于口径3000多公里的“超级望远镜”。VLBI是目前天文观测中分辨本领最高的观测手段。“与单口径望远镜相比较,综合孔径阵的分辨率不再取决于单台望远镜口径的大小,而是取决于两个望远镜的最大间距,间距越大,分辨率越高;而它的灵敏度,不再取决于单台望远镜的接收面积,而是所有望远镜接收面积总和。综合孔径可以拥有高分辨率、高灵敏度。SKA是把这种思想发挥到极致
,使我们在射电波段能‘看’到更远、更清晰的宇宙天体。”洪晓瑜表示。

图说:天马望远镜

《中国科学报》 (2017-09-25 第7版 观点)

平方公里阵列射电望远镜是国际天文界计划建造的最庞大的天文观测设备,以大量小单元天线汇聚实现综合孔径射电干涉成像,其总接收面积达一平方公里,灵敏度比目前最大射电望远镜提高50倍、搜寻速度比目前阵列提高100倍,将为人类认识宇宙提供重大机遇。

同时,天马望远镜在国内首次采用了无缝轨道焊接技术。焊接后轨道整体平面度达到0.46毫米,好于设计要求,不仅提高了轨道精度和承载力,而且延长了轨道、滚轮以及地基的使用寿命。天马望远镜首席科学家、上海天文台台长沈志强告诉记者,天马望远镜每年的运行时间长达7000小时,已有10多家单位的数十名科学家利用天马望远镜进行过观测,在相关领域的观测水准,达到国际先进水平。

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“天马”行空

积极贡献中国科学方案

天马望远镜作为主力测站先后参加并成功完成了2012年的嫦娥二号奔小行星探测、2013年的嫦娥三号月球软着陆、2014年的嫦娥五号飞行试验器、2018年嫦娥四号中继星和嫦娥四号探测器的VLBI测定轨任务,使我国VLBI观测网的灵敏度提高至2.6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,大幅提高了VLBI系统的测量能力,为探月系列卫星的VLBI测定轨做出了卓越贡献。

SKA是继国际热核聚变实验堆之后中国参与的第二个国际大科学工程,也是中国参加的首个从项目酝酿、发起、国际组织创建和规则制定,一直到项目管理和建设,均全程参与并扮演重要角色的国际大科学工程。

随着我国对以火星为代表的更加遥远的深空科学探测活动日益增多,综合性能位于世界前列的天马望远镜不仅可以为深空探测器的测轨和数据接收服务,而且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。与此同时,天马射电望远镜在脉冲星和谱线射电天文研究中取得一系列原创性观测成果,实现了对外开放,赢得了国际同行的瞩目。

“SKA概念的提出最早可以追溯到1993年,包括中国在内十个国家的天文学家联合发起倡议。”洪晓瑜回忆,“从2008年起的四年里,SKA科学目标工作组和望远镜系统初步设计工作展开,形成了SKA项目执行计划书,我国科学家和技术工程人员积极参与其中,发挥了重要的作用。”

接下来,天马望远镜将继续服务嫦娥五号、火星探测器、探月四期(我国的月球极区探测计划)、小行星探测等的测定轨任务。天马望远镜也将继续脉冲星、大质量恒星形成和演化、活动星系核、X射电双星等的观测研究。“天马望远镜将力争建成为以开展天文科学研究和承担国家重大任务为主,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。”沈志强台长说。

2012年起,SKA进入建设准备阶段。

新民晚报记者 马亚宁

在科学目标方面,由SKA中国首席科学家武向平院士领衔的团队形成了十个研究方向和一个特色领域,最终汇集成46万字的《中国SKA科学白皮书》,成为中国参与SKA的重要科学依据和指导性文件。在技术方面,“我国也积极参与SKA建设准备阶段研发任务,承担了低频孔径阵列、反射面天线、信号与数据传输、科学数据处理等工作,对SKA的技术发展、关键技术突破和方案的确定发挥了至关重要的作用。”洪晓瑜介绍。

中国主导的反射面天线方案

被确定为SKA反射面的唯一方案,

而我国主导的高精度参考频率分发

与同步技术研究方案将

被SKA在澳大利亚低频阵列所采用。

SKA将分阶段建设,第一阶段预计2020年底开工建设,2027年左右完工,建设和运行费用估计约16亿欧元,第一阶段建成后将具备10%的SKA能力,届时也将是世界最大的望远镜;剩余望远镜单元将在第二阶段建设,2030年后全部建成。

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稳步打造SKA亚洲中心

SKA天文台的建设规划中只产生预处理的数据,可这些数据无法直接开展研究,这就需要建设区域中心来承担数据分析的工作。“建设中国SKA区域中心是我国科学家参与SKA并取得科学成果的基本保障。目前只有中国、欧洲和澳大利亚启动了区域中心的先导项目。”洪晓瑜说,“中科院上海天文台很早就投入中国SKA区域中心的筹备。我们将牵头国内科研院所和企业,大力推动在上海建设中国SKA区域中心。”

从上世纪70年底开始,上海天文台就负责我国的甚长基线干涉测量的技术发展、观测运行和科学研究,积累了丰富的干涉测量宝贵经验,在国际VLBI研究领域有很重要的地位。“我们将VLBI技术应用到我国探月工程的测轨工作,为嫦娥工程的圆满成功做出了重要贡献。这些技术方法和积累对SKA数据后期处理和科学研究大有帮助。”洪晓瑜自豪地表示。

近年来,上海天文台积极组织科研人员参与SKA区域中心的筹备工作,并大力引进优秀人才,开展了卓有成效的国际合作。如今,上海天文台已形成了初具规模的SKA科研团队,开展了SKA早期科学研究和我国SKA数据中心原型机的建设准备,并研制了首个SKA数据处理原理样机。“我们还完成了SKA核心软件的联合开发和大规模集成测试,推动数据中心大型核心软件的工程化进程。”

上海已成为SKA版图的一个重要地标。

今年11月,SKA工程大会也将来到这里。届时,全世界SKA工程技术人员将集聚申城,共商SKA工程技术问题,并部署后期工作。

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图片:视觉中国

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