清華大學物理系為射電天文望遠鏡試制高溫超導濾波系統

大型射電天文望遠鏡搜尋探測和認證記錄宇宙中各種天體系統發出的微弱射電電磁波信號（如脈沖星、類星體、星系中性氫、天體噴流等），要求具有高靈敏度和高角分辨率.接收機是決定射電天文望遠鏡探測性能的關鍵部件，需要極高的靈敏度和很強的抗干擾能力，技術要求非常高.人類活動與日俱增，射電天文望遠鏡的工作性能容易受到電磁環境干擾的嚴重影響.2011年7月下旬在中國射電天文前沿與技術研討會召開期間，清華大學物理系樓宇慶教授應邀赴云南省昆明市鳳凰山與云南天文臺（簡稱云臺）、國家天文臺（簡稱國臺）、上海天文臺、南京紫金山天文臺的同事們專題討論研究云臺昆明40米射電天文望遠鏡（天線直徑40 米）在當地復雜電磁環境下改進觀測性能的思路和解決方案.

圖1 云南省昆明市東郊鳳凰山40米射電天文望遠鏡在一片蠶豆地中“仰天長嘯”，辦公室、實驗室、終端系統和配制設備及計算機在圖右后方的小樓內.該望遠鏡是中國境內由上海、烏魯木齊、北京、昆明四點組成的甚長基線干涉陣列（Very Long Baseline Interferometry—VLBI）中的重要一站；此VLBI陣最長基線為3000公里（上海—烏魯木齊），為準確定位“嫦娥”探月衛星和探測器數據實時傳輸做出了關鍵性的重要貢獻.中國未來的深空探測和射電天文觀測對VLBI的要求更高.清華大學物理系超導濾波接收機系統在昆明40米射電天文望遠鏡上的實驗和測試，得到云臺領導和同事們的鼎力支持.合作團隊主要成員（左起）：陳毅東（清華物理系）、樓宇慶（清華物理系），李建斌（國臺），魏斌（清華物理系）、汪敏（云臺）.他們在昆明射電天文望遠鏡天線中心后端的饋源艙（高約25米）先后全方位監測電磁波干擾環境的頻譜特征和首次安裝測試了清華物理系60K 超導濾波接收機系統樣機.

云臺40米射電望遠鏡改進接收機研究計劃得到了清華大學物理系曹必松教授團隊的全力配合.曹教授團隊多年從事高溫超導濾波技術研究，具有多種國際先進水平的超導濾波系統研制和應用經驗，為在中國開展和實施射電天文望遠鏡超導接收機研究工作提供了良好的技術基礎和實驗平臺.2012年2月初，樓宇慶教授邀請曹必松教授和魏斌副教授等赴國臺進行合作交流，討論并確定昆明40米射電天文望遠鏡的接收機改進合作事宜.在云臺和國臺同事們的積極支持配合下，樓宇慶教授和魏斌副教授等分別于2012年3 月中旬和8月上旬同赴云南昆明40米射電天文望遠鏡所在地，完成了全方位電磁波干擾頻譜測試，確定了超導接收機技術指標和試制方案，并完成了60K 高溫超導濾波接收機系統樣機在中國射電天文望遠鏡上的首次安裝和聯試.實測結果表明，工作在超導狀態下的射電天文望遠鏡有效抑制了復雜環境的電磁干擾，驗證了超導濾波接收機解決方案的正確性和合理性，以及設計研制工作的有效性和可行性，同時也明確了下一步需要觀測驗證的科學問題和研究方案.合作團隊成員還參觀了云南省玉溪市撫仙湖畔的兩個太陽光學望遠鏡和監測太陽爆發活動的11米射電望遠鏡.

圖1 云南省昆明市東郊鳳凰山40米射電天文望遠鏡在一片蠶豆地中“仰天長嘯”，辦公室、實驗室、終端系統和配制設備及計算機在圖右后方的小樓內.該望遠鏡是中國境內由上海、烏魯木齊、北京、昆明四點組成的甚長基線干涉陣列（Very Long Baseline Interferometry—VLBI）中的重要一站；此VLBI陣最長基線為3000公里（上海—烏魯木齊），為準確定位“嫦娥”探月衛星和探測器數據實時傳輸做出了關鍵性的重要貢獻.中國未來的深空探測和射電天文觀測對VLBI的要求更高.清華大學物理系超導濾波接收機系統在昆明40米射電天文望遠鏡上的實驗和測試，得到云臺領導和同事們的鼎力支持.合作團隊主要成員（左起）：陳毅東（清華物理系）、樓宇慶（清華物理系），李建斌（國臺），魏斌（清華物理系）、汪敏（云臺）.他們在昆明射電天文望遠鏡天線中心后端的饋源艙（高約25米）先后全方位監測電磁波干擾環境的頻譜特征和首次安裝測試了清華物理系60K 超導濾波接收機系統樣機.

在此研究工作基礎上，樓宇慶教授將繼續開拓深化與美國波多黎各Arecibo 300米射電望遠鏡、貴州黔南FAST 500米孔徑球面射電望遠鏡、中國南美站在阿根廷的40米射電天文望遠鏡和國際射電天文平方公里陣列（Square Kilometer Array—SKA）的科學和研制合作.