天马行空录第21期.pdf

行空录 主办单位：中国科学院上海天文台 2019 年 6 月 30 日 第 21 期 总第 21 期 【新闻动态】“上海 65 米射电望远镜系统研制”项目荣获 2018 年度上海 市科技进步奖特等奖 5 月 15 日上午，2018 年度上海市科学技术奖励大会在上海展览中心隆重举行。中国科学 院上海天文台主持的“上海 65 米射电望远镜系统研制”项目荣获上海市科技进步奖特等奖。 上海 65 米射电望远镜于 2008 年 10 月底立项，2009 年 12 月 29 日奠基，2010 年 3 月 19 日开始现场建设。2012 年 10 月 28 日望远镜的落成标志着工程建设任务的初步完成。2017 年 10 月 27 日，上海 65 米望远镜（即天马望远镜）通过总体验收。 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、上海交通大学、中电 16 所等单位，攻克了 40 多项关键技术，通过集 成创新，建成了中国第一台性能先进、功能齐全的全可动大型射电望远镜系统，实现了中国建 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 地提升了中国探月卫星和深空探测器测定轨能力，以及国际 VLBI 和射电天文观测能力。该望 远镜落成至今已稳定运转七年。 取得的主要技术创新成果： 攻克并掌握了大型高精度天线、主反射面主动调整系统、致冷接收机、控制软件系统、综 合测试和模型建立等大型射电望远镜研发的核心关键技术，首次建成了性能先进、功能齐全的 全可动大型射电望远镜系统，实现了最高 3"的高精度指向，实现了在 1.2～50 GHz 范围内八个 波段任意仰角好于 50%的高效率。 研发了国内首套大型射电望远镜主反射面主动调整系统；在国内首次采用了高精度焊接环 型整体轨道设计与制造技术；实现了对主反射面的重力形变和副反射面的位姿变化的高精度测 量及其修正模型的构建。 该望远镜成为了中国月球和深空探测器测轨定位的国之重器，作为主力测站为嫦娥三号和 四号的成功作出了突出贡献；大幅提升了中国参加国际 VLBI 观测和射电天文观测能力，并在 其运行早期就取得了一系列原创性观测成果。 天马望远镜将继续为嫦娥五号、火星探测器、探月四期（中国的月球极区探测计划）、小 行星探测和木星探测等的测定轨任务服务，也将继续开展脉冲星、大质量恒星形成和演化、活 动星系核和 X 射电双星等的观测研究。 [科学观测动态] 天马望远镜为人类捕获首张黑洞照片作出贡献 2019 年 4 月 10 日，事件视界望远镜（EHT）合作组织宣布首次利用一个口径如地球大小的 -1- 虚拟射电望远镜,在近邻巨椭圆星系 M87 的中心成功捕获人类首张黑洞照片(图 1)。此次发布的 黑洞照片是由 EHT 在 2017 年 4 月份的首次 1.3 mm(230 GHz)成像观测中所拍摄的。 EHT 观测期间，以上海天马 65 米射电望远镜为主力的东亚甚长基线干涉网（EAVN）分别在 7 mm（43 GHz）和 13 mm（22 GHz）波段对 M87 进行了密集的高分辨率成像监测。这些监测有 效地对黑洞周围致密辐射区在 1.3 mm 波段的总流量密度作出限定，弥补了 EHT 缺乏短基线覆盖 的 不 足 ， 为 人 类 顺 利 捕 获 首 张 黑 洞 照 片 作 出 了 贡 献 ( 详 见 Event Horizon Telescope Collaboration,et al.ApJ,2019, 875: L4, 第 B.2 小节)。 图 1 EHT 捕获的位于 M87 星系中心超大质量 黑洞的照片 图 2 2017 年 M87 在 VLBI 尺度上的多频率谱以及 1.3 mm(230 GHz)波段致密辐射区的总流量密度估值 【技术维护与发展】采用 DBBC2 实现接收机的周期噪声注入功能 采用 VLBI 终端 DBBC2 的 80 Hz 的周期噪声注入可以提高系统温度的定标精度。从 2018 年 6 月起，项目组通过一年多努力，对天马望远镜的周期噪声信号链路以及控制系统进行升级， 实现了用 DBBC2 进行周期噪声注入功能。 它的原理是通过把 DBBC2 的 80 Hz 信号送入接收机，实现周期噪声注入(图 3 a）)。改造 后的信号链路如图 3 b)，图 3 c)为 C 波段接收机噪声注入测试结果，其他波段类似。通过对 各个波段接收机记录的数据处理，结果显示，L,C,S/X,K 波段接收机周期噪声注入功能正常， 周期准确，可以用于天文观测。 a） b） c） 图 3 周期噪声示意图 -2- 【技术维护与发展】采用 flexbuff 实现 32 Gbit/s 的 VLBI 数据记录 flexbuff 是采用通用磁盘阵列服务器和 jiveab 软件实现 VLBI 数据的高速记录设备。天马 望远镜采用了超微 36 盘位的磁盘服务器，以及两块 SAS 卡和万兆网卡，通过系统优化实现了 超过 32 Gbit/s 的数据记录速度，为 EVN 进行 32 Gbit/s 的宽带天文观测做好了技术准备。 技术原理为，采用通用的磁盘阵列服务器，将高速网络数据切片分别存储在不同的磁盘 上，形成分散的通用文件，然后通过 vbs_fs 软件合并成为完整的 scan 文件，如图 4 所示。 硬件配置使用通用磁盘阵列，具有 36 个盘位，8×36 TB 容量；主板通过 PCIex8 总线接两 块 SAS 卡（最大速率 128 Gbit/s），分别连接 24 块盘和 12 块盘，组成 36 块盘的磁盘阵列。 实验记录了约 7 h 的数据，平均记录速率可超过 32 Gbit/s（图 5）。 图4 flexbuff 原理图 图5 flexbuff 的记录速率测试结果 【技术维护与发展】宽带 VLBI 技术进展 为了大幅度提高现有 VLBI 网的观测灵敏度，2019 年初 EVN 启动了 32 Gbit/s 的测试计 划。天马望远镜积极加入了欧洲 32 Gbit/s 技术测试组。测试组每个月开一次视频会议，讨论 技术方案和观测安排。2019 年 3 月 14 日，EVN 三个台站（含天马站）利用最先进的设备 DBBC3 开展了观测，并成功获得条纹。 32 Gbit/s 观测能够使现有的 VLBI 成图灵敏度提高 4 倍，接近和达到 1 µJy/beam，进而能 使天文学家成功地对各种射电极弱源或极弱成分（不小于 10 µJy/beam）开展 uv 平面全覆盖的 VLBI 天文观测研究。 通过各个天文台的技术讨论，确定了 4 Gbit/s,8 Gbit/s,16 Gbit/s 和 32 Gbit/s 的技术实 现路线，技术组制定了详细的观测模式。 为了实现天马望远镜宽带 VLBI 观测，项目组对整个系统进行了技术更新，具体如下。 1) 建立信号链路。 2) 采用 C 波段接收机 4～8 GHz 射频信号，DBBC3 直接接入 4～8 GHz 的左右旋信号，采用 两个 1 分 4 功分器，分别接入 DBBC3 的 8 个 IF。 3) 实现了 DBBC3 数字终端的安装和测试，以及自相关谱测试。 4) 购买了高速磁盘记录服务器，并通过数个月的优化和测试，实现了 32 Gbit/s 的记录 速率。 5) 通过更新现有控制系统软件，实现了对 DBBC3 和 flexbuff 记录设备的全自动化控制。 -3- 【领导关怀】上海市委常委、统战部部长郑钢淼调研天马望远镜 5 月 19 日上午，上海市委常委、统战部部长郑钢淼 一行调研上海天文台。松江区委书记程向民，上海天文 台台长沈志强，党委副书记、副台长陶隽等陪同调研。 沈志强详细介绍了上海天文台科研发展有关情况， 并重点对天马望远镜的建设过程、技术难点、运行情 况、承担的科研任务等内容进行了讲解。在他的陪同 下，郑钢淼一行登上天马望远镜，查看了天马望远镜总 体情况。随后，郑钢淼一行前往 VLBI 深空探测指挥控制中心，对 VLBI 技术、上海天文台参与 探月工程、北斗卫星导航系统、参与人类首张黑洞照片发布等情况进行了详细了解。 郑钢淼充分肯定了上海天文台近年来取得的成绩，对科研工作者的付出与贡献表达了极大 的敬意。他表示，在新时代新使命下，希望各界人士在党的领导下，奋发有为，积极贡献。 【观测运行动态】观测情况统计 2019 年 4—6 月，天马望远镜总运行时间为 2 009 h，其中单天线观测 1 039 h，VLBI 观 测 501 h，各项测试 313 h，天线维修保养 156 h。 【短讯】       4 月 1 日，国务院国有资产监督管理委员会监事会主席、何梁何利基金会秘书长段瑞春教 授、探月工程总设计师吴伟仁院士、国家奖励办翁非处长、浙江大学徐之海教授等一行调 研天马望远镜。 5 月 18—19 日，为迎接中国科学院第十五届“科技强国 科普惠民”公众科学日和上海科 技节，天马望远镜参加了为期两天的开放日系列科普活动，接待了 250 余名普通市民相聚 佘山科技园区，普及天文科技知识，开启了一段神奇的天文探索之旅。 5 月 23 日，第一届长三角一体化创新成果展在芜湖隆重开幕。在本次集中展示长三角科技 创新成果的大窗口中，天马望远镜模型亮相原始创新展区。 6 月 20 日开始，对天马望远镜天线系统进行了维保，范围包括天线座架和背架补漆、主反 射面清扫、天线系统维保、俯仰齿轮齿隙调整、馈源舱空调系统安装、氦气管路维保、轨 道不平度测量、主动面系统维修、电梯维保、防雷系统维保和监控系统安装等。 6 月 24 日，由上海城市推广中心主办，中国驻葡萄牙大使馆合办的“上海客厅”城市推广 活动在葡萄牙首都里斯本举行。天马望远镜模型成功入选了本次城市推广活动，代表上海 城市形象，亮相里斯本。 6 月 27 日上午，上海科学技术交流中心党委书记、副主任陈东一行调研天马望远镜。 中国科学院上海天文台 [网址] http://shao.ac.cn/ 编 辑： 赵玲丽 何雯婷 王彩虹 [地址] 上海市徐汇区南丹路 80 号 审 核：刘庆会 [邮政编码] 200030 签 发： 沈志强 -4-