上海交通大学深度参与国际大科学工程SKA项目研究

国际大科学工程——平方公里阵列射电望远镜（Square Kilometre Array，SKA）是由全球超过十个国家计划合资建造的、世界最大综合孔径射电望远镜。将建在澳大利亚、及南部非洲的无线电宁静区域，由分布在3000公里范围内的约2500面15米口径反射面天线、250个直径约60米的致密孔径阵列，以及100万个偶极子组成的稀疏孔径阵列组成，其接收面积约1平方公里。预计比目前最大的射电望远镜阵(JVLA)的灵敏度提高约50倍，比我国目前最大的单口径射电望远镜（FAST）的灵敏度提高约10000倍。 

自SKA概念提出，各国科学家共同进行科学目标凝练，形成了五大科学目标：宇宙黑暗时期探测；星系演化、宇宙学与暗能量研究；孕育生命的摇篮；利用脉冲星和黑洞进行引力的强场检验；宇宙磁场的起源和演化。随着相关研究不断深入，SKA科学目标会有小幅调整，但SKA始终致力于回答宇宙的一些基本问题，揭示宇宙从黑暗走向光明的历史，开辟人类认识宇宙的新纪元。 

上海交通大学2012年12月与国家天文台签署共同推进SKA的合作协议，正式启动SKA项目的研究。2013年1月，上海交通大学作为牵头单位，组建了SKA科学数据处理中方联盟，并获得SKA科学数据处理国际联合体牵头单位英国剑桥大学的官方确认。近日，由上海交通大学牵头的SKA科学数据处理试验验证系统研制项目正式获国家重点研发计划支持。上海交通大学积极承担国际联合体的研究任务，电子信息与电气工程学院祝永新副教授担任SKA科学数据处理系统调度设计的国际负责人、中方联合体国际常务代表，同时承担2016年度国家重点研发计划政府间国际合作重点专项“SKA科学数据处理试验验证系统研制”。电子信息与电气工程学院骆源教授承担SKA科学数据处理本地监控子系统设计的国际负责人，同时担任中国科技部SKA专家组专家，并参与2016年国家重点研发计划项目SKA科学数据处理关键技术研究。两位负责人及其团队投入大量人力物力，多次出访英国、澳大利亚、南非、荷兰等地的SKA国际组织，克服路途遥远的困难，在偏远的安装现场展开卓有成效的研究。 

SKA的建造将集成和发展众多高科技成果，创造人类科学探索工程的新记录。首先，SKA产生的科学大数据需要10亿亿次/秒的处理能力，是天河2处理能力（0.33亿亿次/秒）的30倍，相当于1亿台个人电脑；SKA反射面天线数据传输率达200Tbps，是现有因特网传输率10倍；而孔径阵列数据传输率达数个Pbps，比现有因特网传输率高100倍以上。其次，科学目标提出的高动态范围和大视场要求，以及SKA的巨大规模对天线设计（高灵敏度、多馈源、高指向精度）和制造工艺（批量生产、快速安装、低运行成本）带来了巨大挑战。第三，要实现观测数据到SKA既定科学目标转化，SKA信号的科学处理也面临诸多挑战，包括原始数据的预处理、波束形成、干扰剔除、自校准以及算法设计等，急需开展深入研究。最后，SKA基础设施大部分集中在偏远地区，且能源需求巨大（约50-100 MW），可再生能源的生产、分配、储存及节能技术必不可少。 

上海交通大学通过深度参与SKA相关科学目标和关键技术研究，不仅能促进天文前沿研究和方法创新，还将大幅提升信息科学、基础物理等相关学科研究水平，同时能够提升高科技产品的国际竞争能力，促进相关高新技术产业的创新发展。