Cooperación internacional con el telescopio FAST
En 1933, Karl Jansky de los Laboratorios Bell en Estados Unidos descubrió accidentalmente radiación electromagnética estable procedente del centro de la Vía Láctea, lo que marcó el nacimiento de la radioastronomía. Los cuatro principales descubrimientos de la astronomía moderna (cuásares, púlsares, radiación cósmica de fondo 3K y moléculas interestelares) se basan todos en la radioastronomía. Entre los proyectos ganadores del Premio Nobel de Física, 8 estaban relacionados con la astronomía, 5 de los cuales estaban estrechamente relacionados con la radioastronomía. El área de recepción es el parámetro de capacidad integral más importante de un telescopio astronómico. El Observatorio Astronómico Nacional de la Academia de Ciencias de China propuso un concepto de ingeniería general para construir un radiotelescopio esférico de 500 metros de diámetro (FAST) en China, basado en las características y requisitos de la astronomía y la astronomía. observación, así como la fuerza técnica existente. Su área de recepción efectiva es casi un orden de magnitud mayor que la del telescopio de antena única totalmente móvil más grande existente y planificado del mundo, y será el radiotelescopio de apertura única más grande del mundo. El proceso de formación del concepto de ingeniería FAST refleja una amplia cooperación internacional, una innovación tecnológica continua y una intersección multidisciplinaria. En la Conferencia de Kioto de 1993 de la Unión Internacional de Radiociencia y Tecnología (URSI), astrónomos de 10 países, entre ellos Australia, Canadá, China, Francia, Alemania, India, Países Bajos, Rusia, Reino Unido y Estados Unidos propusieron conjuntamente La construcción de un gran conjunto de radiotelescopios con un área de recepción de 1 kilómetro cuadrado (Large Telescope, LT) pasó a llamarse SKA (Square Kilometer Array) y se creó el Grupo de Trabajo de Grandes Radiotelescopios (LTWG) de la URSI. coordinar la investigación sobre LT por parte de varios países. Está en consonancia con la predicción del progreso en el funcionamiento integral de los radiotelescopios basados en la curva de Livingstone (Figura 1) y tiene una fuerza impulsora científica clara: la observación del hidrógeno neutro a diferentes distancias cósmicas. "Los seres humanos están ansiosos por observar fielmente el universo original antes de que el entorno de las ondas de radio sea completamente destruido, y por comprender cómo se formó y evolucionó la estructura del universo hasta el día de hoy. Sólo el gran radiotelescopio SKA puede ayudar a la humanidad a darse cuenta este sueño." Si se pierde esta oportunidad, la humanidad sólo podemos construir telescopios del mismo calibre en la cara oculta de la Luna porque el ruido de fondo galáctico allí es el mismo.
Todo el SKA se puede dividir en unas 30 unidades básicas, con un diámetro unitario de unos 200 metros para obtener alta resolución y capacidades de generación de imágenes rápidas. En 1999, se estableció el Comité Directivo Internacional del SKA (ISSC), que incluía a las principales potencias de radioastronomía. Los objetivos científicos de nivel 0 de SKA están relacionados con casi todos los problemas astronómicos. Su área de recepción de hasta 150 campos de fútbol puede extender las observaciones astronómicas hasta el origen del universo. Su alta sensibilidad original sin integración de dominio de tiempo y frecuencia lo convierte en una herramienta ideal para. la cámara transitoria multicolor. ISSC planea completar el SKA en 2020, con un presupuesto total del proyecto de mil millones de dólares.
SKA no sólo encarna la imaginación de la ciencia moderna, sino que también conlleva riesgos. Es difícil de lograr sin una amplia cooperación científica y tecnológica. El foco estratégico de la estrategia de radioastronomía de mi país debería situarse en SKA.
En abril de 1994, el Observatorio Astronómico Nacional (anteriormente Observatorio de Beijing) inició la selección del sitio SKA en Guizhou. En octubre de 1995, acogió con éxito la tercera reunión del Grupo de Trabajo Internacional de Grandes Radiotelescopios (LTWG-). 3) en Guizhou). En diciembre de 1995, el Comité de Promoción de SKA China celebró su creación y la primera reunión académica anual de SKA en el Observatorio Astronómico Nacional, lanzando un estudio del sitio de la depresión de Guizhou, varias fuentes de banda ancha nuevas o potenciales, soportes de cables sin plataforma y estructuras reflectoras esféricas. y antenas. Exploración multidireccional del rendimiento eléctrico general y más. En julio de 1997, el Comité de Promoción de SKA China propuso una idea preliminar para que mi país construyera de forma independiente el telescopio esférico de apertura única (FAST) más grande del mundo. En abril de 2000, el grupo general FAST organizó una conferencia internacional a gran escala (IAU Coll. 182) en Guizhou.
Además de FAST, otras soluciones de ingeniería para realizar SKA incluyen ATA en los Estados Unidos, matriz de fase AAT en los Países Bajos, superficie activa más fuente de alimentación esférica LAR en Canadá, matriz de lentes Luneburg y espejo cilíndrico en Australia. , la antena parabólica PPD precargada de la India, etc.
La decisión de realizar el plan final de SKA llevará tiempo. Independientemente de si FAST eventualmente puede convertirse en la unidad líder de SKA, será el radiotelescopio de apertura única más grande del mundo y se mantendrá su posición de liderazgo en el mundo. durante al menos 20 años. Desde 1994, el equipo SKA China se ha formado con el Observatorio Astronómico Nacional como núcleo y más de 20 de los colegios, universidades e institutos de investigación científica más poderosos, incluida la Academia China de Ciencias, el Ministerio de Educación y el antiguo Ministerio de Electrónica. Industry, la Corporación de la Industria Aeroespacial y el Departamento Provincial de Ciencia y Tecnología de Guizhou. Propuso el diseño innovador de FAST, la unidad piloto conceptual del proyecto de ingeniería de SKA China, y llevó a cabo muchas investigaciones sobre los objetivos científicos de FAST, el sitio de la estación, el reflector activo, el soporte del cable de alimentación, el rendimiento eléctrico general de la antena, la medición y el control. sistema receptor, etc. Investigación interdisciplinar. El diseño innovador y el rico contenido científico de FAST han atraído una amplia cooperación nacional y extranjera. Entre las universidades e institutos de investigación que participan en la investigación previa de FAST, hay casi 50 estudiantes de posgrado que trabajan en temas en campos relacionados, 14 han obtenido títulos y 11 son becarios postdoctorales. Algunos de los primeros participantes se han convertido en líderes en la materia.
La innovación del proyecto FAST es (Figura 2): se utilizan como lugar las depresiones kársticas naturales de Guizhou; en las depresiones se coloca una superficie reflectante activa de corona esférica de 500 metros de diámetro y la parte iluminada. forma un diámetro de 300 metros durante la observación. El paraboloide de apertura instantánea corrige la aberración esférica en el suelo para lograr banda ancha en tiempo real y polarización total. El soporte de alimentación adopta un mecanismo de arrastre de cable ligero con integración óptica, mecánica y eléctrica, y una plataforma estabilizadora secundaria; se instala en la cabina de alimentación entre el enfoque y la superficie reflectante activa. Logre un seguimiento preciso y rápido del telescopio sin una conexión rígida.
En la tercera reunión académica anual de SKA celebrada en abril de 1998, el Observatorio Astronómico Nacional propuso claramente el concepto de proyecto FAST. En la reunión, se estableció el comité del proyecto FAST y se definieron grupos relevantes compuestos por más de 20 unidades de investigación en todo el país para centrarse en estudios de viabilidad sobre las tecnologías clave antes mencionadas. El proyecto de preinvestigación FAST se estableció en marzo de 1999 como uno de los primeros "proyectos importantes de ingeniería de innovación" y recibió el apoyo de la Academia de Ciencias de China y el Ministerio de Ciencia y Tecnología. Bajo la coordinación del Laboratorio de Tecnología de Grandes Radiotelescopios del Observatorio Astronómico Nacional (Grupo General FAST), varios proyectos clave de estudios de viabilidad técnica están avanzando sin problemas y pasó la aceptación académica de la Academia de Ciencias de China a finales de 2001.
Después de 10 años desde el Comité de Promoción de SKA China, el Comité del Proyecto FAST y el equipo general de FAST, los investigadores científicos de la astronomía de China y los círculos de ingeniería relacionados han trabajado juntos sinceramente y bajo la dirección del Ministerio de Ciencia y Tecnología, la Academia de Ciencias de China y la Fundación Nacional de Ciencia y Tecnología Con el apoyo, el equipo general de FAST completó el estudio de viabilidad de tecnologías clave como el reflector activo FAST y el soporte de cable de alimentación. Todas las tecnologías clave han logrado avances. y no existen riesgos técnicos. Está calificado para participar en la selección y establecimiento de grandes proyectos científicos nacionales.
El diseño innovador de FAST refleja los derechos de propiedad intelectual independientes del pueblo chino y mejorará la visibilidad general de la investigación científica básica de mi país y la fortaleza nacional integral de mi país. Según estadísticas incompletas, a finales de 2003 se habían publicado alrededor de 280 artículos de investigación relacionados, incluidos 61 artículos de SCI, 30 artículos de IE, 72 artículos de conferencias internacionales, 109 artículos en publicaciones nacionales y extranjeras y 4 monografías. El grupo general FAST mantiene una cooperación sustancial y estable a largo plazo con casi todos los grandes observatorios de radioastronomía del mundo. En 1993, convocamos y auspiciamos varios debates sobre cooperación y consultas técnicas clave en las que participaron expertos de China y Alemania, Suecia, los Países Bajos, el Reino Unido, los Estados Unidos, Australia y Rusia. En 1997, firmó un Memorando de Entendimiento sobre Cooperación Internacional (MoA) para cooperar en un programa de estudio tecnológico conducente a un futuro radiotelescopio muy grande con ocho institutos SKA en seis países, incluidos los Países Bajos, los Estados Unidos, Australia, Canadá y India. En 1999, se firmó con el Reino Unido el MoU entre el Observatorio Astronómico de Beijing y el Observatorio Jodrell Bank: La colaboración FAST.
En 2000, se renovaron con los Países Bajos la Propuesta de investigación conjunta 2000: Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen y otros memorandos de cooperación bilateral. Además, la cooperación con el Observatorio de Arecibo en los Estados Unidos avanza sin problemas (Figura 3); el diseño del sistema receptor del telescopio en la cámara de enfoque se ha completado gracias a la cooperación chino-británica y la cooperación en curso entre China y los Países Bajos; China y Australia sobre conjuntos de fases Investigación cooperativa sobre haces, etc.
En Londres, el equipo general de FAST fue invitado a asistir a la reunión mensual de RAS y presentar el proyecto FAST a 150 miembros (becarios de RAS). En la Universidad de Cambridge, el premio Nobel de física y descubridor de púlsares Hewish participó en un día completo de debates sobre cooperación con el equipo del proyecto FAST. Posteriormente revisó el artículo sobre el reflector activo FAST y lo recomendó para su publicación en la famosa revista de astronomía MNRAS. El Dr. P. Fletcher, Director de Cooperación Internacional de PPARC, visitó el Observatorio Astronómico Nacional dos veces en 1998 y 2000 para conocer el trabajo de FAST y discutir asuntos específicos de la cooperación FAST chino-británica. En octubre de 1998, el Profesor P. Murdin, Director del Departamento de Astronomía del PPARC, el Profesor A. Lyne, Director del Observatorio Jodrell Bank en el Reino Unido, el Profesor P. Wilkinson, Director de MERLIN, y el Dr. J. A. Battilana, Ingeniero Jefe , visitó China por primera vez gracias a la cooperación FAST. Posteriormente, cuatro ingenieros superiores de alimentación del Observatorio Jodrell Bank, J. A. Battilana, N. Roddis, C. Baines y G. Kitching, realizaron un estudio colaborativo de tres meses sobre el diseño general del módulo de alimentación FAST. En diciembre de 2000, visitaron FAST. Todo el equipo trabajó en conjunto durante una semana y inicialmente formó un marco de cooperación para el observatorio de dos días en el desarrollo del sistema receptor FAST.
Dicha cooperación científica y tecnológica internacional permitirá a FAST tener un sistema receptor tecnológicamente avanzado que esté en línea con la vanguardia internacional. El Observatorio Jodrell Bank y el Observatorio ATNF australiano son los desarrolladores y usuarios más exitosos de sistemas de alimentación multihaz. China y el Reino Unido están llevando a cabo un diseño técnico conjunto para la configuración específica de la cabina de alimentación FAST, teniendo en cuenta los requisitos de los objetivos científicos de FAST, la viabilidad técnica del receptor de alimentación y las estimaciones preliminares de costos. Los contenidos específicos incluyen: ajustes de banda de frecuencia de trabajo RÁPIDO, diferentes tipos de alimentación de banda de frecuencia y disposiciones de ubicación en la cabina de alimentación, métodos de polarización, osciladores locales del receptor de alimentación y sistemas multicanal, amplificadores de bajo ruido (LNA), selección de refrigerador y configuración razonable del frente. -sistema de vacío final, sistema de monitoreo en tiempo real de refrigeración y receptor, problemas de transmisión de señal (fibra óptica), suministro de energía de la cabina de alimentación FAST, operación y mantenimiento del receptor de alimentación, sistema de posicionamiento y medición de alta precisión, astronomía en el control principal Sala Instrumentos y equipos, etc.
La parte británica también proporciona asesoramiento técnico y soporte para el diseño FAST, como el diseño del reflector esférico activo FAST, soporte de alimentación, rendimiento eléctrico general de la antena y compatibilidad electromagnética, etc., a través de visitas de intercambio de personal y apoyo técnico bilateral. Realizar cooperación científica y tecnológica a través de seminarios e investigación y desarrollo conjuntos. La parte británica coopera con FAST desde 2001 para formar doctores en ingeniería electrónica en receptores de alimentación. Además, si se puede iniciar oficialmente la construcción de FAST, la parte británica proporcionará fondos para trabajar con la parte china para completar la construcción de un sistema receptor de alimentación de haces múltiples, mientras que la parte china proporcionará a la parte británica parte de ellos; el tiempo de observación FAST para realizar investigaciones astronómicas de clase mundial.
SKA se ha convertido en un proyecto de radioastronomía a gran escala coordinado por el Major Science Forum (MSF) de la Organización Internacional para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), proporcionando una plataforma de intercambio internacional y cooperación técnica para el proyecto FAST. . De mayo a junio de 1998, el profesor R. Strom, astrónomo de la Fundación de Investigación Astronómica de los Países Bajos (NFRA) y la Universidad de Amsterdam, y el profesor S. von Hoener de Alemania, el maestro de antenas número uno del mundo, fueron invitados a visitar el Museo Nacional. Observatorio Astronómico para discutir la ciencia de FAST con nuestros expertos, objetivos y soluciones técnicas.
Hasta finales de 2003, FAST ha presentado 9 informes invitados en grandes conferencias internacionales. Science informó sobre el progreso de la investigación previa de FAST tres veces en 1995, 1998 y 2002. En 2003, el Ministerio de Ciencia y Tecnología aprobó el lanzamiento del "Proyecto clave de cooperación internacional en ciencia y tecnología": Cooperación internacional SKA de 1 kilómetro cuadrado.