清华物理系为射电天文望远镜试制高温超导滤波系统

 

大型射电天文望远镜搜寻探测和认证记录宇宙中各种天体系统发出的微弱电磁波信号,要求具有高灵敏度和高角分辨率。接收机是决定射电天文望远镜探测性能的关键部件,需要极高的灵敏度和很强的抗干扰能力,技术要求非常高。人类活动与日俱增,射电天文望远镜的工作性能容易受到电磁环境干扰的严重影响。2011年7月下旬在中国射电天文前沿与技术研讨会召开期间,物理系楼宇庆教授赴云南省昆明市凤凰山与云南天文台(简称云台)、国家天文台(简称国台)、上海天文台、南京紫金山天文台的同事们进行了专题讨论,研究云台昆明40米射电天文望远镜(天线直径40米)在当地复杂电磁环境下改进观测性能的思路和解决方案。

 

合作团队成员(左起)汪敏(云台)、楼宇庆(物理系)、李建斌(国台)、魏斌(物理系)

在云南昆明射电天文望远镜天线中心后端的馈源舱(高约25米)全方位监测电磁波干扰环境的频谱特征

 

 

云南昆明凤凰山40米射电天文望远镜在一片蚕豆地中“仰天长啸”,办公室、实验室、

终端系统和配制设备及计算机在图右后方的小楼内。左起:王建诚、楼宇庆、刘忠、汪敏

 

云台40米射电望远镜改进研究计划得到了物理系曹必松教授团队的全力配合。曹必松教授团队多年从事高温超导滤波技术研究,具有多种国际先进水平的超导滤波系统研制和应用经验,为在中国开展和实施射电天文望远镜超导接收机研究工作提供了良好的技术基础和实验平台。2012年2月初,楼宇庆教授邀请曹必松教授和魏斌副教授等赴国台进行合作交流,讨论并确定昆明40米射电天文望远镜的接收机改进合作事宜。在云台和国台同事们的积极支持配合下,楼宇庆教授和魏斌副教授等分别于2012年3月中旬和8月上旬同赴云南昆明40米射电天文望远镜所在地,完成了全方位电磁波干扰频谱测试,确定了超导接收机技术指标和试制方案,并完成了60K高温超导滤波接收机系统样机在中国射电天文望远镜上的首次安装和联试。实测结果表明,工作在超导状态下的射电天文望远镜有效抑制了复杂环境的电磁干扰,验证了超导滤波接收机解决方案的正确性和合理性,以及设计研制工作的有效性和可行性,同时也明确了下一步需要观测验证的科学问题和研究方案。合作团队成员还参观了云南省玉溪市抚仙湖畔的两个太阳光学望远镜和监测太阳爆发活动的11米射电望远镜。

 

 清华物理系60K超导滤波系统样机在昆明40米射电天文望远镜系统中首次安装测试

 

在此工作基础上,楼宇庆教授将继续开拓深化与美国波多黎哥Arecibo 300米射电望远镜、贵州黔南FAST 500米孔径球面射电望远镜、中国南美站在阿根廷的40米射电天文望远镜和国际射电天文平方公里阵列(Square Kilometer Array - SKA)的科学和研制合作。