“千眼天珠”建成，313部天線瞄準太陽

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9月27日，圓環陣太陽射電成像望遠鏡通過工藝測試，正式建成。它是目前全球規模最大的綜合孔徑射電望遠鏡，也是國家重大科技基礎設施“空間環境地基綜合監測網”（子午工程二期）的標志性設備之一。

圓環陣太陽射電成像望遠鏡（以下簡稱圓環陣），位于海拔3820米的四川省甘孜州稻城縣噶通鎮，被當地居民稱作“千眼天珠”。

它由中國科學院國家空間科學中心牽頭建設，占地面積約1平方公里，由313部直徑6米的拋物面天線構成，天線之間相隔10米，均勻分布在直徑為1公里的圓環上。

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圓環陣太陽射電成像望遠鏡。中國科學院國家空間科學中心供圖

監測太陽，守衛地球

太陽是離地球最近的恒星，也是地球空間天氣事件的源頭，太陽一打“噴嚏”，地球可能會“感冒”。

“太陽為地球帶來光和熱，孕育地球上的生命，但它也是高技術系統的殺手。”圓環陣太陽射電成像望遠鏡項目負責人、中國科學院國家空間科學中心研究員閻敬業告訴《中國科學報》。

人類進入高技術時代和太空時代后，太陽爆發活動會導致電網大面積損毀，威脅高鐵、衛星等運行安全，影響導航精度、雷達性能，造成短波通信中斷等。

要想理解日地空間環境系統和空間天氣因果鏈，就要對太陽和日地空間傳播鏈條進行高質量監測，圓環陣所屬的子午工程由此而來。

早在1993年，我國科學家提出了空間天氣領域的國家重大科技基礎設施——子午工程，其科學目標之一便是通過從太陽大氣到近地空間全鏈條、全國覆蓋、高時空分辨的監測，探索空間天氣事件的傳播、演化和影響我國空間環境的路徑和規律。

2012年，子午工程一期建成，沿東經120度、北緯30度布局了15個綜合性臺站，形成“東半球空間環境地基綜合監測子午鏈”。2019年，子午工程二期開工建設，在一期工程的基礎上，新增16個臺站，形成沿東經100度、120度、北緯40度、30度“井”字型布局的31個臺站、近300臺套監測設備組成的空間環境監測網絡。

圓環陣是子午工程二期布局建設的裝置，也是子午工程中的標志性設備。

“它不但能監測太陽的各種爆發活動，還能監測太陽風暴進入行星際的過程，這對于理解太陽爆發機制和日地傳播規律，預測太陽活動對地球的影響具有重要作用。”閻敬業說。

正瞄準太陽的天線。李子鋒攝

313朵“向日葵”已運行

圓環陣是由313部天線圍成的大圓環，圓環正中央是一座高達100米的中心定標塔。

每天清晨，在太陽升起之前，313部天線同時對準中心定標塔進行對焦校準。太陽升起后，它們就像“向日葵”一樣對準太陽，并跟隨太陽轉動。太陽落山后，圓環陣便開始進行其他觀測，如探測空間碎片、脈沖星和靜止軌道衛星等。

“圓環陣的接收面積等效于一臺106米的單口徑天線。”閻敬業說。

為了保證建設質量和工期，項目采取了“三步走”的研制方案。第一步建造2部天線，進行技術摸底；第二步建造14部天線，與此前的2部天線組成16單元系統，進行成像實驗；第三步建設313單元系統。

閻敬業介紹，圓環陣采取“邊建設、邊調試、邊運行”的策略，自2022年3月起，16單元成像實驗系統就已經開始獲取太陽成像數據，迄今已積累了大量太陽活動圖像和頻譜數據。

今年3月，正處于系統調試階段的圓環陣，開展了我國首次基于射電圖像序列的脈沖星探測實驗，從連續射電圖像中成功識別出脈沖星閃爍；

5月，圓環陣與歐洲低頻陣列（LOFAR）開展聯合觀測實驗，實現了交叉驗證；

7月，圓環陣已具備連續穩定高質量監測太陽活動的能力，脈沖星成像等射電天文觀測能力得到初步驗證，科學試觀測開啟。

百米高的中心定標塔。倪思潔攝

與現實環境較勁

要實現圓環陣的科學觀測目標，313部天線和626條接收鏈路都要具有非常好的幅度和相位一致性。

“圓環陣里的任何一項技術單拎出來都不太難，但是要整齊劃一就很難。”閻敬業說。

在圓環陣太陽射電成像望遠鏡副主任設計師、中國科學院國家空間科學中心副研究員武林看來，現實環境條件無法達到絕對理想狀態，圓環陣最具挑戰性的技術就是根據現實環境條件進行系統校準。

例如，圓環陣所在場地地勢存在傾斜，最高處與最低處相差30米，中心定標塔無法精準地立在圓環陣的正中心；稻城當地的大風天氣會導致中心定標塔晃動；連接在天線和中心定標塔之間的626根電纜線無法從工業生產層面實現同等長度……這些都需要項目團隊根據現場的實際情況，通過系統定標的方式對偏差進行校正。

武林介紹，在與現實環境較勁的過程中，項目團隊攻克了一系列關鍵核心技術，提出了原創的圓環陣列構型和中心定標總體方案，突破了單通道多環絕對相位定標等關鍵技術。

此次工藝測試表明，圓環陣太陽射電成像望遠鏡實現了最大視場達到10個太陽半徑的連續穩定的太陽射電成像與頻譜觀測能力，各項技術指標達到或優于初步設計報告的指標要求。

閻敬業表示，下個階段，圓環陣將在白天觀測太陽活動，為太陽物理和空間天氣研究提供長時間序列高質量數據，并與子午工程的其它監測設備開展聯合觀測。

考慮到圓環陣每天監測太陽需要8小時左右，為了充分發揮國家重大科技基礎設施的綜合效能，圓環陣項目團隊還有新的計劃。