清華大學(xué)物理系為射電天文望遠(yuǎn)鏡試制高溫超導(dǎo)濾波系統(tǒng)

大型射電天文望遠(yuǎn)鏡搜尋探測和認(rèn)證記錄宇宙中各種天體系統(tǒng)發(fā)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(jī)是決定射電天文望遠(yuǎn)鏡探測性能的關(guān)鍵部件，需要極高的靈敏度和很強(qiáng)的抗干擾能力，技術(shù)要求非常高.人類活動與日俱增，射電天文望遠(yuǎn)鏡的工作性能容易受到電磁環(huán)境干擾的嚴(yán)重影響.2011年7月下旬在中國射電天文前沿與技術(shù)研討會召開期間，清華大學(xué)物理系樓宇慶教授應(yīng)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(yuǎn)鏡（天線直徑40 米）在當(dāng)?shù)貜?fù)雜電磁環(huán)境下改進(jìn)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(yuǎn)鏡在一片蠶豆地中“仰天長嘯”，辦公室、實(shí)驗(yàn)室、終端系統(tǒng)和配制設(shè)備及計算機(jī)在圖右后方的小樓內(nèi).該望遠(yuǎn)鏡是中國境內(nèi)由上海、烏魯木齊、北京、昆明四點(diǎn)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(zhǔn)確定位“嫦娥”探月衛(wèi)星和探測器數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸做出了關(guān)鍵性的重要貢獻(xiàn).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(xué)物理系超導(dǎo)濾波接收機(jī)系統(tǒng)在昆明40米射電天文望遠(yuǎn)鏡上的實(shí)驗(yàn)和測試，得到云臺領(lǐng)導(dǎo)和同事們的鼎力支持.合作團(tuán)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(yuǎn)鏡天線中心后端的饋源艙（高約25米）先后全方位監(jiān)測電磁波干擾環(huán)境的頻譜特征和首次安裝測試了清華物理系60K 超導(dǎo)濾波接收機(jī)系統(tǒng)樣機(jī).

云臺40米射電望遠(yuǎn)鏡改進(jìn)接收機(jī)研究計劃得到了清華大學(xué)物理系曹必松教授團(tuán)隊的全力配合.曹教授團(tuán)隊多年從事高溫超導(dǎo)濾波技術(shù)研究，具有多種國際先進(jìn)水平的超導(dǎo)濾波系統(tǒng)研制和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為在中國開展和實(shí)施射電天文望遠(yuǎn)鏡超導(dǎo)接收機(jī)研究工作提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)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(jìn)行合作交流，討論并確定昆明40米射電天文望遠(yuǎn)鏡的接收機(jī)改進(jìn)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(yuǎn)鏡所在地，完成了全方位電磁波干擾頻譜測試，確定了超導(dǎo)接收機(jī)技術(shù)指標(biāo)和試制方案，并完成了60K 高溫超導(dǎo)濾波接收機(jī)系統(tǒng)樣機(jī)在中國射電天文望遠(yuǎn)鏡上的首次安裝和聯(lián)試.實(shí)測結(jié)果表明，工作在超導(dǎo)狀態(tài)下的射電天文望遠(yuǎn)鏡有效抑制了復(fù)雜環(huán)境的電磁干擾，驗(yàn)證了超導(dǎo)濾波接收機(jī)解決方案的正確性和合理性，以及設(shè)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(yàn)證的科學(xué)問題和研究方案.合作團(tuán)隊成員還參觀了云南省玉溪市撫仙湖畔的兩個太陽光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和監(jiān)測太陽爆發(fā)活動的11米射電望遠(yuǎn)鏡.

圖1 云南省昆明市東郊鳳凰山40米射電天文望遠(yuǎn)鏡在一片蠶豆地中“仰天長嘯”，辦公室、實(shí)驗(yàn)室、終端系統(tǒng)和配制設(shè)備及計算機(jī)在圖右后方的小樓內(nèi).該望遠(yuǎn)鏡是中國境內(nèi)由上海、烏魯木齊、北京、昆明四點(diǎn)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(zhǔn)確定位“嫦娥”探月衛(wèi)星和探測器數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸做出了關(guān)鍵性的重要貢獻(xiàn).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(xué)物理系超導(dǎo)濾波接收機(jī)系統(tǒng)在昆明40米射電天文望遠(yuǎn)鏡上的實(shí)驗(yàn)和測試，得到云臺領(lǐng)導(dǎo)和同事們的鼎力支持.合作團(tuán)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(yuǎn)鏡天線中心后端的饋源艙（高約25米）先后全方位監(jiān)測電磁波干擾環(huán)境的頻譜特征和首次安裝測試了清華物理系60K 超導(dǎo)濾波接收機(jī)系統(tǒng)樣機(jī).

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