【走近大國重器】

　　◎記者 劉 垠

　　飛機從(cong) 稻城亞(ya) 丁機場起飛，舷窗外地麵隱現一個(ge) 小圓點。這個(ge) 被群山環繞的小圓點，事實上是個(ge) 大家夥(huo) ，當地人稱之為(wei) “千眼天珠”。

　　它的名字叫作圓環陣太陽射電成像望遠鏡（以下簡稱“圓環陣”），位於(yu) 海拔3820米的四川省甘孜州稻城縣，是目前全球規模最大的綜合孔徑射電望遠鏡，也是國家重大科技基礎設施“空間環境地基綜合監測網”（子午工程二期）的標誌性設備之一。

　　“圓環陣不僅(jin) 能監測太陽的各種爆發活動，還能監測太陽風暴進入行星際的過程，對理解太陽爆發機製和日地傳(chuan) 播規律，預測太陽活動對地球的影響具有重要作用。”圓環陣項目負責人、中國科學院國家空間科學中心研究員閻敬業(ye) 告訴科技日報記者。

　　國慶節前，圓環陣順利通過工藝測試，宣告正式建成。測試表明，圓環陣實現了最大視場達10個(ge) 太陽半徑的連續穩定太陽射電成像與(yu) 頻譜觀測能力，各項技術指標達到或優(you) 於(yu) 設計指標要求。

　　313台天線組成“射電相機”

　　作為(wei) 離地球最近的恒星，太陽為(wei) 我們(men) 帶來光和熱。但它也是地球空間天氣事件的源頭，太陽打個(ge) “噴嚏”，地球可能會(hui) “感冒”。

　　“別小看這個(ge) ‘噴嚏’，強烈的太陽爆發釋放出的能量，相當於(yu) 100億(yi) 顆百萬(wan) 噸級核彈。”閻敬業(ye) 說，一旦能量衝(chong) 向地球，會(hui) 對空間和地麵的高技術係統造成嚴(yan) 重影響，大麵積損毀電網，威脅高鐵、衛星等運行安全，影響導航精度、雷達性能，造成短波通信中斷等。

　　“千眼天珠”的價(jia) 值就在於(yu) 此。它如同一部“射電相機”，對著太陽拍照，對空間天氣進行預報和預警，為(wei) 科學研究提供第一手資料。

　　眼前這個(ge) 巨大的圓環陣，由313台直徑6米的白色反射麵天線組成，天線均勻分布在直徑1公裏的圓環上，圓環中心有一座約百米高的中心定標塔。

　　每天太陽升起前，313台天線同時對準中心定標塔進行對焦校準。太陽升起後，它們(men) 就像向日葵一樣對準太陽，隨太陽轉動。太陽落山後，圓環陣也不“下班”，開始其他觀測任務，如探測空間碎片、脈衝(chong) 星和靜止軌道衛星等。

　　由於(yu) 太陽的射電特征是快速變化的，普通的單口徑射電望遠鏡逐點掃描已不適用，需要一個(ge) 射電頻段的“鏡頭”對太陽拍照。

　　那麽(me) ，“千眼天珠”為(wei) 何要做成圓環狀？

　　“我們(men) 看到的圓環陣，它的一圈天線以及後麵的信號處理係統加在一起，等效於(yu) 一個(ge) 射電頻段的鏡頭，這樣我們(men) 就有了一部‘射電相機’。”閻敬業(ye) 說，更大鏡頭才能拍下更高質量的照片，圓環陣的接收麵積等效於(yu) 一台106米的單口徑天線，有利於(yu) 更好地分析太陽活動。

　　“對焦”考驗的不隻是關(guan) 鍵技術

　　57秒，100米。隨著電梯的快速上升，還沒來得及深吸一口氣，記者已登上海拔3920米的中心定標塔。

　　塔上風有點大，腳下站台微晃，同行者下意識地抓住了欄杆。

　　“我們(men) 創新性地提出建造中心定標塔，從(cong) 而實現精細的一致性控製，保證了射電鏡頭足夠光滑，能夠很好地成像。”閻敬業(ye) 指著被金色陽光籠罩的圓環陣說，每天早晨，定標塔都會(hui) 向313台天線發出信號，對它們(men) 進行一致性控製。

　　如同光學相機，圓環陣使用前也要先校準。但要讓313朵“向日葵”一致對準太陽並不容易。建造過程中，科研團隊攻克了一係列關(guan) 鍵核心技術，原創性提出圓環陣列構型和中心定標總體(ti) 方案，突破了單通道多環絕對相位定標等關(guan) 鍵技術。

　　科研團隊不僅(jin) 在和創新賽跑，也在與(yu) 現實環境較勁。

　　“把科學方案‘變現’，牽扯很多技術問題和施工問題，各種問題交織在一起就會(hui) 變得很難。”圓環陣副主任設計師、中國科學院國家空間科學中心副研究員武林說，圓環陣最具挑戰性的技術是根據現實環境條件進行係統校準。原本設計中心定標塔的位置是在圓心，但實際建設中還是偏離了幾厘米。這是因為(wei) ，圓環陣所處的地形並不平坦，最高處和最低處落差近30米。

　　中國科學院國家空間科學中心稻城亞(ya) 丁台站執行站長吳俊偉(wei) 表示，稻城當地的高寒、缺氧、風霜雨雪等自然環境，也給設備設計、實驗和測試造成了很大困擾。比如，記者當天碰到的大風天氣導致中心定標塔晃動；連接天線和中心定標塔的626根電纜線無法從(cong) 工程層麵實現科研設計的同等長度……這些都需要科研團隊根據實際情況，通過係統定標的方式對偏差進行校正。

　　為(wei) 保證質量和工期，圓環陣采取“三步走”研製方案，即2單元技術摸底、16單元成像實驗、313單元係統建設。

　　“圓環陣建成16個(ge) 單元時，觀測效果就已經超過國外同類設備。”武林說。他還記得，從(cong) 進場到完成16單元調試，自己在稻城待了36天，“那時還沒有製氧機，高原缺氧會(hui) 讓人的腦子‘變糊’，經常是說了一分鍾之後就忘了要說啥”。

　　多個(ge) “國之重器”聯手巡天

　　本著“邊建設、邊調試、邊運行”的原則，自2022年3月起，圓環陣16單元成像實驗係統已開始獲取太陽成像數據，迄今積累了大量太陽活動圖像和頻譜數據。

　　一年後，還處於(yu) 係統調試階段的圓環陣，開展了我國首次基於(yu) 射電圖像序列的脈衝(chong) 星探測實驗，從(cong) 連續射電圖像中成功識別出脈衝(chong) 星閃爍。

　　2023年5月，圓環陣與(yu) 歐洲低頻陣列開展了聯合觀測實驗，實現了交叉驗證；7月，圓環陣已具備連續穩定高質量監測太陽活動的能力，脈衝(chong) 星成像等射電天文觀測能力也得到初步驗證，從(cong) 而正式開啟科學試觀測。

　　下一階段，圓環陣將在白天觀測太陽活動，為(wei) 太陽物理和空間天氣研究提供長時間序列高質量數據，並與(yu) 子午工程的其他監測設備開展聯合觀測。

　　“考慮到監測太陽每天需要8小時左右，為(wei) 充分發揮國家重大科技基礎設施的綜合效能，圓環陣還將與(yu) ‘中國天眼’（500米口徑球麵射電望遠鏡）、‘中國複眼’雷達陣列、三亞(ya) 非相幹散射雷達等國家重大科技基礎設施開展聯合觀測，有望在低頻射電巡天、脈衝(chong) 星、快速射電暴和行星防禦監測預警等領域發揮重要作用。”閻敬業(ye) 說。

　　當記者問及圓環陣與(yu) “中國天眼”的區別時，閻敬業(ye) 直言，雙方各有優(you) 勢，聯手能發揮更大作用。

　　“‘中國天眼’有500米口徑的接收麵積，是世界上靈敏度最高的射電望遠鏡，非常擅長脈衝(chong) 星和快速射電暴觀測，但不具備全天掃描能力。”閻敬業(ye) 介紹，“千眼天珠”的優(you) 勢在於(yu) ，其具備高靈敏度的同時，通過313個(ge) 小天線實現如同射電相機般的功效，對於(yu) 像太陽之類的射電源可以連續拍攝視頻。同時，它確定快速射電暴坐標位置的能力更優(you) 。

　　“我們(men) 將持續優(you) 化和升級圓環陣，希望能做到百公裏陣列規模。”閻敬業(ye) 信心滿滿地說，“隨著國家重大科技基礎設施綜合效能的釋放，圓環陣一定能產(chan) 出更多的高質量科研成果，為(wei) 占據射電天文和太陽物理領域國際前沿，助力我國實現高水平科技自立自強作出更大貢獻！”