首页
概况
科研工作
装置平台
研究队伍
国际合作
科教融合
对外宣传
内部资源
面向中心现有装置性能提升和未来装置发展的需求,统筹现有技术实验室和研发力量,构建光学天文、射电天文、空间天文和超级计算与数据挖掘平台,集中资源与力量突破一系列关键核心技术。
光学天文方面将发展望远镜系统技术、科学终端技术、探测器与数据处理技术和偏振测量技术;射电天文方面将发展接收机技术、数据采集技术、相关处理技术、测量和控制技术;空间天文方面将发展X射线聚焦成像技术、高能粒子探测技术、红外探测器技术和天文卫星地面系统技术;超级计算与数据挖掘方面发展大规模数值模拟技术、海量数据挖掘技术、望远镜及其科学计划模拟与仿真技术。
一、光学天文
光学天文方面将发展望远镜系统技术、科学终端技术、探测器与数据处理技术和偏振测量技术,拟突破的关键技术有:
大口径与大视场光学观测技术
(1)发展地基大型光学望远镜先进集成制造技术
由于大口径是高空间分辨率和大的集光能力的基本条件,400年望远镜发展历史从口径4厘米增大到当前的10米。国际上目前在成功研制了14架地面8-10米望远镜和2.4米Hubble空间望远镜的基础上,又开始研制地面20-50米望远镜和空间6.5米望远镜,以获得更高的分辨率和观测更加暗弱遥远的天体,满足天文科学目标的需要。当前国际上光学红外天文技术的发展特点是:追求更高的空间、时间和光谱分辨率。新一代地基和空间观测设备使光学观测的空间分辨率达毫角秒级。追求更大的集光本领,以进行更深的宇宙探测。至今探测器的效率已接近100%,又到了望远镜口径需要进一步增大的发展阶段。追求更大的视场,特别是兼备大口径的大视场观测,以获得大的信息量和高的观测效率。中国天文仪器多年的积累与发展,尤其是近年LAMOST的研制,使得我国在大型望远镜的薄镜面主动光学、拼镜面主动光学、巨型精密机架和大镜面支撑结构等方面积累了丰富的经验,为下一代极大口径望远镜的研制打下了很好的基础。尽管如此,下一代地基光学红外天文望远镜的研制仍然面临着巨大的技术挑战。
主动光学技术方面,从上个世纪90年代开始,我国相继对薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学进行了研究,得到了成功的试验结果。其中拼接子镜的共面在可见光波段在实验室成功实现。上个世纪90年代研制成功的36块子镜拼接的10米口径的Keck望远镜实现了子镜在近红外的共相拼接。但目前20-50米极大口径的光学/红外线望远镜有400-1000块子镜拼接,尽管单元技术是相同的,但是数量上一个量级的增加,在检测、定标、控制方面就有新的难点出现,还需要预研究大量的子镜共相主动拼接镜面的技术。另外,望远镜的口径越大,几十米主镜支撑桁架的重力变形将有可能造成子镜在径向和圆周方向的较大的位移,以至于子镜的位置控制达到五维,因此还需要预研五维运动的主动控制的子镜支撑系统。
主动光学的研究内容包括:纳米级镜面共相拼接定标和检测技术;纳米级高精度镜面支撑和控制技术;纳米级高精度位移传感器的设计、装调、检测、共相维持技术;纳米级位移促动器研制与控制技术等。
自适应光学技术方面,由于大口径的光学/红外望远镜追求的不仅是大口径的集光能力,还要追求高的衍射分辨率。除了望远镜的光学系统要达到通光口径的衍射极限外,还必须要有自适应光学系统校正大气扰动。大望远镜的自适应光学技术不仅面对着十分暗弱的目标, 还面临许多新的问题,如:30米以上口径的极大望远镜的子孔径已达几千甚至上万;另外,为了得到较大的视场,开始发展分层共轭的自适应光学技术(MCAO),以及多个激光导引星的自适应光学系统(MLGS)。可见,大望远镜的自适应光学系统是一个非常复杂的系统,在许多具体的技术方面都面对着挑战。在分层共轭的自适应光学系统中,望远镜的副镜本身或望远镜中的其他镜面作为自适应可变形镜,该技术已在目前的6.5米MMT和双8米LBT望远镜上开始应用。因此,大口径自适应可变形镜的相关技术也变得十分重要,包括:高超薄的大口径镜面的磨制、新型促动器、高达几百赫兹的大口径可变形镜的校正控制、支撑和支撑系统的阻尼。我国在自适应光学技术方面与国外比较不算晚,但相对天文的需求差距较大,需要加大投入,目前需要发展的自适应光学的技术有:1000-10000子孔径的自适应光学系统;多对级联自适应光学;多个激光导引星系统;大口径自适应镜面技术等。
大口径高精度天文镜面技术方面。随着望远镜的发展,天文镜面技术也面临着越来越严峻的挑战:天文镜面口径越来越大,厚度越来越薄,非球面度越来越深,工期要求越来越短。这些挑战迫切地要求进一步提高现有的光学制造技术。我国天文学研究的快速发展迫切需要装备大口径的天文望远镜,而当前相应的加工设备配套落后,在很大程度上制约着天文学的需求,与当前国家经济发展的总体水平极不相称。国际国内天文学发展的现状,从根本上要求我们国家尽快投入建设相关设备及配套设施,建立起大口径单镜面光学非球面及极大口径拼接式光学非球面镜面的自主研制基础。这些关键技术与设备包括:6米口径的环抛设备及大批量非球面子镜的预应力环抛技术,主要应用于大口径离轴非球面子镜快速批量磨制;2米口径的先进离子束抛光技术与设备,主要应用于大口径离轴非球面子镜高精度修琢;8米口径的铣磨和抛光设备及主动抛光盘技术,主要针对最大到8米直径的单镜面光学非球面的磨制;新材料镜面抛光技术;轻量化镜面研制与支撑技术等。
大惯量系统的精密跟踪控制技术。由于大口径望远镜的口径大、自重高,为了保证跟踪精度,望远镜必须具有足够的机械扭转刚度。一般采用机电一体化设计技术,以超低速、多磁极综合式转子与单元拼装集合式定子组成结构简单而又独特的永磁同步伺服电机(多元电机),实现望远镜本体的整体同步驱动。通过把整个天文望远镜的机电结构看作一个运动控制系统,把电动机作为其机构上密不可分的一部分,磁路、电路、机械结构统一进行优化设计,利用计算机控制技术,把望远镜跟踪的机电模式改变为一体化的直接驱动控制形式,从而达到简化望远镜的结构,对超低速大惯量的跟踪控制技术进行深入研究,以提高望远镜跟踪精度为目的,对我国今后大口径和极大口径望远镜的研制作好技术储备。研究内容包括:进行直接驱动伺服电机系统的建模与仿真;研究直接驱动望远镜轴角测量系统,进行机电优化设计检测调试;研究多电机同步驱动技术在直接驱动技术中的应用;研究直接驱动电机在低速运行的热功耗及对策。通过上述研究,提出适用于极大型望远镜驱动的合理的结构参数,达到精密跟踪精度的技术要求。
除了上述的技术研究之外,地基大型光学望远镜先进集成制造技术还包含大型精密结构优化设计、望远镜系统检测与集成、综合性能测试与分析、太阳望远镜关键技术等诸多研究方向,都将开展具有国际水平的前沿技术研究,通过关键技术研究和科研平台的建设,将使我国有能力有条件自主建设大口径光学红外望远镜,或与发达国家合作参与他们的研究和制造。开展大口径光学红外望远镜的合作建设工作,这项技术的突破将能直接支撑我国天文学的跨越发展,也能够用于国防和民生领域大型精密光电探测设备的研制。
(2)研发大规模巡天与极端暗弱天体探测技术
♦ 大规模巡天探测技术
研究意义与重要性。大规模巡天不仅驱动着天文学前沿研究领域的重大突破,而且牵引着天文相机技术的不断发展。国外自90年代就开始使用多CCD拼接而成的大靶面相机进行天文观测,现役的空间天文卫星中GAIA卫星(欧空局)的焦面规模近10亿像元,共106片CCD,在建的地基项目大口径全天巡视望远镜(LSST,美国),其焦面规模超过32亿像元,共201片CCD(包括导星和波前传感器)。这些超大规模相机是实现大视场、高分辨率、高像质天文观测的核心保障。
国内已开展了小规模CCD拼接焦面相机的技术验证,但是在拼接精度、噪声水平、焦面规模等方面都与国外水平有较大差距,这制约了我国光学天文观测能力的提升。另一方面,国内光学天文与空间碎片观测领域也都提出了对大靶面相机的需求,其中载人空间站重大科学项目——大规模多色成像与无缝光谱巡天的相机焦面将由近百片CCD拼接而成,技术难度相当高,与现有水平之间跨度非常大。
研究内容。为了大幅提升研制拼接焦面相机的能力,为相关项目打好坚实的技术基础,拟开展以下三方面的研究:
1)大尺寸、高精度的焦面拼接技术
为了保证成像质量,焦面阵列必须与光学系统的像面高度重合。因此,将针对大尺寸焦面结构设计、CCD拼接工艺、材料低温变形补偿、深度制冷工况下焦面阵列面形的高精度检测等技术进行研究。
2)大规模、低噪声的CCD电子学技术
重点研究低噪声CCD读出电路的集成化技术途径、大量通道信号读取过程中的干扰串扰问题和多CCD电子学系统的可扩展性设计。
3)大冷量、深度制冷的真空杜瓦技术
根据大尺寸焦面的大冷量低温制冷需求,优化真空杜瓦设计和拼接焦面的结构与热设计,保证大尺寸拼接焦面的均匀、稳定的低温工况条件。
预期成果。通过上述研究,预期将掌握大规模CCD拼接焦面相机的关键技术;将使用CCD模型研制成功5×5以上规模的拼接焦面,对此焦面阵列制冷达到-85℃以下温度,全焦面温度均匀性优于5℃,在此工况下焦面阵列的平面度优于40m;研制成功不少于36个读出通道的CCD拼接焦面相机控制器,在200kHz读出速度下控制器自身噪声不大于4e-,通道间串扰不大于5×10-4,体积不超过6000cm3;若条件允许,将采用攻关掌握的技术,研制3×3以上规模的CCD拼接焦面相机,并实现试观测。
♦ 极端暗弱天体探测技术
天文光谱仪的分辨率与天文望远镜的口径成反比,与光谱仪狭缝对天张角成反比,随着望远镜口径的不断增大,出现了高分辨光谱仪分辨率与光效率的矛盾。目前解决这一矛盾的有效途径可以采用两种方法来实现,一种方法是增大光谱仪系统准直镜口径来增加光谱仪通光效率;另外就是采用积分视场单元技术。宽视场准直系统和积分视场单元技术方法的研究一方面可提升国内现有望远镜的终端设备、挖掘现有望远镜的潜力,同时为未来极大望远镜的研制提供必要的技术储备
积分视场单元技术。积分视场三维光谱技术是一种可以同时获得二维像面所有各处光谱的方法。该方法采用积分视场单元(Integreted Field Unit,简称IFU)方法将二维视场内的展源目标连续切割成若干单元,重新排列后进入光谱仪器,能够同时获得展源的三维信息(x,y和λ)。因为积分视场三维光谱技术能够同时地获取二维视场内所有空间分辨单元的光谱,这项技术特别适合于延展天体的高空间分辨率光谱观测,提高了延展天体观测的空间覆盖效率,还可以避免扫描过程中大气状况(透明度和视宁度)随时间变化对数据的影响。
研究内容包括:基于像切割器积分的视场单元技术的实验系统;像切割器加工工艺方法的研究;积分视场单元定标和测试系统;积分视场三维光谱数据处理方法的研究
研究成果:针对国内外的天文需求,研究积分视场光谱仪相关技术及测试方法,可为在国内建立像切割器积分视场光谱仪打下了良好的基础,为未来设计研制大望远镜三维光谱仪打下了良好的基础,也为用于空间和红外天文学获得极高空间分辨率光谱及用于空间对地的观测研究作了技术方法上的准备。
宽视场光谱仪关键技术方法。随着望远镜口径的增大,为获得期望的光谱分辨率,光谱仪的准直系统也需相应的增加,如TMT的第一代科学终端MOBIE的准直镜达到1600mm*800mm,研制这样的宽视场光谱仪仍存在诸多技术需要攻关。
研究内容包括:宽视场光谱仪准直镜轻量化方法的研究;宽视场光谱仪准直镜柔性支撑方法的研究;极大望远镜与宽视场科学仪器接口离轴波前传感器关键技术研究;
研究成果:宽视场光谱仪关键技术方法的研究主要针对未来极大望远镜科学仪器的需求,为我国未来极大望远镜的研制提供必要的技术储备。
红外波段光谱仪技术研究。目前天文学发展的一个发展方向是进行全波段的观测,红外天文是目前天文学研究的最热点课题之一,由于红外技术会涉及到国防、军事技术的发展,西方国家对中国设置了种种限制和壁垒,使得中国红外天文仪器技术的发展进展较缓。最近几年来国内自行研制高效红外阵列的能力也得到飞速发展,目前已逐具备自行研制红外天文观测仪器能力和条件。另一方面国内的天文学家直接参与国际上的红外项目为自行研制红外天文观测仪器提供了宝贵的经验。
研究内容包括:极低温度下关键部件设计和加工工艺方法的研究;红外光谱仪实验系统和测试系统;热噪声、系统杂散光的分析以及抑制方法研究;
研究成果:随着中国经济和科学技术的发展,中国已具备制造自己的空间望远镜、极大望远镜、南极望远镜的能力和实力。因此开展红外光谱仪关键技术的研究将为这些望远镜的终端设备提供关键技术的预研和技术储备。另一方面,近红外技术方法的研究,不仅可推进天文实测方面的发展,在我国农业、工业和国防建设方面也有重大的意义。
系外行星探测技术。对年轻行星的天文成像观测和研究的科学意义在于进一步修正对现有行星存在比率。由于轨道观测倾向性,目前只有5%的恒星存在多普勒效应现象。然而,星周尘盘的存在表明行星存在比率应该在15-50%之间。对位于雪线3AU以外的行星进行成像研究,并结合现有RV等探测方法,将有望在未来5-10年内探测4-40 AU的行星系统,这将改善现有行星比率问题,对现有行星形成理论提出挑战(位于远轨道的行星的成像探测倾向支持引力不稳定性模型),对轨道外跃迁理论提供观测证据,打开观测A型或者早期F型行星窗口。对成熟行星的天文成像观测和研究的科学意义在于修正现有行星演化模型。通过对不同年龄段的行星进行成像研究,将能够准确测量行星质量,进而对现有模型进一步修正。直接捕获通过行星大气反射之后的光子,直接获取行星大气光谱。
需要发展的关键技术包括:极端自适应光学系统,开环校正频率最终达到2KHz,波前校正精度100阶以上;红外波段高对比度成像星冕仪,优化用于地面副镜中心遮光结构,成像对比度在4个衍射极限处达到10-7;高对比度天文图像数据处理技术,在小角距离处2个衍射极限处有效消除系统散斑噪声,以期提供额外的信噪比增益;可见光波段高对比度成像星冕仪,优化用于子镜拼接镜面结构,成像对比度在5个衍射极限处达到10-7~10-8
高精度定标方法的研究。天文光学频率梳作为新一代的光谱定标源,拥有比现有光谱定标技术更高的精度、更宽的光谱范围,更均匀的谱线间隔和谱线强度。为了充分发挥天文光学频率梳的这些优点,需要研究适应新条件下连接光谱定标源与现有光谱仪的光学系统,特别是要研究由于散斑、相位畸变、不同传输通道等所引起的光谱测量误差的原因,并找到相应的解决办法。天文光学频率梳的应用同时还会带来数据处理、观测策略等多方面的变化,面对这些变化也需要投入更多的研究。另外,从仪器发展的角度看,天文光学频率梳和光谱仪各自都将遵循自己的轨迹向前发展,具有更宽光谱范围或更大模间隔的天文光梳,具有更加稳定的光谱测量特性的光谱仪都将得到进一步发展,围绕着这些方面的研究工作也会持续进行。
(3)极端环境下望远镜及终端仪器制造和自主运行技术
南极内陆为天文学提供了一个仅次于太空的观测环境,为人类了解宇宙基本规律开拓了一个崭新的实验平台,其中南极冰穹A地区是目前国际天文界广泛预测的地面上最好的天文台址。中国天文学家开展的台址测量工作自2007年开始在冰穹A(中国昆仑站)地区开展,成功安装运行了若干台址测量仪器和中小型天文望远镜科学观测设备,在国际上首次实现南极内陆无人值守的天文仪器跨年连续自动观测,通过大量观测数据初步证实了冰穹A作为天文台址的巨大优势。与南极昆仑站的建设同步,“中国南极天文台”国家重大科技基础设施建设项目已列入国务院发布的规划之中。
南极内陆一方面其天文台址环境极为优异,但由于其极端的自然环境,如低温低压、高寒缺氧等自然条件以及有限的户外安装维护时间、无人值守状态下的远程运行以及有限的能源、通讯及有限的支撑保障条件,给望远镜的设计制造、安装以及长期的运行维护等提出了一系列重大的技术挑战。这些因素对望远镜的研制和运行提出了极高的技术要求,具有许多在常规天文台址上不存在的难点和关键技术。主要问题有:1)大温差下光学系统和结构的热变形对光学成像质量的影响消除机制;2)大望远镜的精密传动系统和控制元件、传感器等低温特性变化及可靠性研究,及其在望远镜低速高精度跟踪时的非线性影响;3)由于饱和汽压高,相对湿度大,光学镜面和结构等非常容易结霜/冰,从而影响光学系统的观测效率,甚至导致望远镜完全无法工作,这是普通台址和空间望远镜都不曾遇到的特殊难题,特别是对大口径高分辨的望远镜镜面除霜问题,如何同时控制镜面视宁度,保证高分辨的成像质量是急需要研究的一个课题;4)南极极好的自由大气视宁度条件为实现天文观测所一直追求的大视场高分辨成像创造了条件,适用于南极内陆条件的大视场高分辨光学系统、近地面自适应光学系统及光干涉系统都需要深入的研究。
具体开展的研究内容包括:大口径大视场高分辨光学系统设计;低温环境下主动光学技术;大口径光学镜面除霜技术;南极低温低压环境下望远镜精密跟踪技术;极端环境下的大型望远镜模块化设计和装调;大口径快焦比非球面镜面的磨制和检测技术;无人值守条件下的集能源、控制、通讯、在线数据采集、处理和存储为一体的智能支撑平台技术等。
这些在极端环境下的关键技术都是国际天文界在研究和研制精密天文设备时所共同面对的技术难题,相关的研究成果可以应用到我国南极大望远镜的设计和建造中去,直接支撑中国南极天文台重大科技基础设施的建设,以满足未来南极大望远镜对高分辨成像和精密跟踪性能的要求,同时可以为各种在极端环境下运行的设备提供理论和实践上的参考。
二、射电天文
射电天文方面将发展接收机技术、数据采集技术、相关处理技术、测量和控制技术。拟取得突破的关键技术有:
高灵敏度与高分辨射电观测技术
(1)不断提升接收机系统技术水平
♦ 超宽带低噪声高稳定性射电接收机
研究意义和重要性。射电望远镜的灵敏度主要由望远镜的增益和系统噪声温度决定。望远镜的增益取决于其有效接收面积,系统噪声温度则取决于天空背景、地面漏损、望远镜系统的欧姆损耗和接收机噪声等。射电望远镜的接收机主要由馈源、极化器、低噪音前置放大器等组成。超宽带技术将使得射电望远镜使用较少数目的接收机,利于望远镜的运行及维护;同时,超宽带接收机也利于进行多频段同时观测。相位阵馈源(Phased Array Feed-PAF)对于改善馈源照明、抑制干扰和扩大反射面望远镜(如FAST,天马65米等大口径望远镜)的视场有重要的应用前景。目前,国际上的宽带馈源(10:1或更高)和制冷相位阵馈源尚在研发阶段,国内相关的研究工作也已经起步。由于射电天文接收机的宽带、低噪声、高稳定性特点可以转化至军事和航天应用领域,所以相关核心技术、工艺和器件大都受到了国外限制和禁运,因此立足于国内开展高性能接收机的自主研究对于最大限度发挥我国射电望远镜的科研潜力有重要意义。
研究内容。研制针对不同焦径的望远镜和不同波段及超宽带馈源,反射面望远镜的焦面场分析和相位阵馈源阵型及阵列单元设计,基于单片微波集成电路MMIC和分立器件的制冷低噪音放大器的研发,接收机制冷技术研发等。
馈源的研制包括仿真分析、加工及性能测试等。其中仿真分析包括方向图及S-参数计算、偏振性能和欧姆损耗分析等。相位阵馈源的研究包括阵列不同阵型对比分析、阵列单元电磁仿真分析、系统噪声温度分析、集成化接收通道设计和波束合成设计等。低噪音放大器的研发包括MMIC电路设计和实现、低温微组装技术、超低噪声测试平台、高性能晶体管芯片低温小信号建模和宽带匹配网络的设计等。制冷技术的研发包括制冷杜瓦热负载分析、机械设计及真空窗设计等。
预期成果。培养一支高水平的技术队伍,并建立厘米波段和长毫米波段高性能馈源、低噪声放大器和制冷杜瓦的研发环境,为国内已有射电望远镜进行性能分析和提供可能的接收机升级方案,并为相关领域提供技术服务。
♦ 太赫兹波段高灵敏度探测技术
研究意义和重要性。太赫兹波段是天文学最后一个有待全面研究的电磁波段,该波段的天文观测在天体物理及宇宙学研究中具有不可替代的作用,对于理解宇宙状态和演化具有非常重要的意义。为此,欧美日等已建设及提出了一系列地面和空间太赫兹天文计划(如地面迄今最大天文大科学装置ALMA和Herschel空间望远镜),我国天文界也正在积极推动南极太赫兹天文计划。这些国内外天文大科学工程无一例外都依赖于太赫兹波段高灵敏度探测技术。中心共建单位紫金山天文台长期从事该领域的研究,包括参与ALMA关键波段超导接收机的研制,在太赫兹超导隧道结(SIS,ALMA与Herschel的核心技术)和热电子混频器(HEB,Herschel的核心技术)研究领域居于国际前沿。太赫兹探测器技术为南极天文台太赫兹望远镜计划、载人航天工程2米多功能光学设施的太赫兹模块、以及我国其他领域的应用打下关键技术基础。
研究内容及预期成果。
✔ 下一代超导成像频谱仪。在3×3像元多波束接收机“超导成像频谱仪”基础上为13.7米毫米波望远镜研发下一代100像元超导成像频谱仪,拟解决的关键技术包括:宽带SIS混频器技术、低功耗放大器技术、新型系统集成技术。
✔ 太赫兹超导阵列成像系统。受国家重大仪器研制项目支持,面向南极天文台下一代设备终端,利用超导TES和MKIDs探测器芯片研制1000像元太赫兹超导成像阵列,作为连续谱成像终端。拟解决的关键技术包括:背景极限性能(BGLP)和大规模阵列的时/频域放大技术。
✔ 高精度太赫兹天线的设计、制备与测量。与工业界合作,攻关高精度太赫兹天线原型面板制备与检测工艺、极端环境下天线面板防霜技术、太赫兹天线的近场全息快速测量与调整技术等,为南极天文台太赫兹望远镜的研制、运输、安装、测试等解决关键技术难题。
✔ 宽带高分辨数字FFTS研发。继续宽带数字频谱终端的研发,近期目标是研制一套带宽为4GHz,频谱分辨率为100 kHz的FFTS。
(2)研发多功能高速宽带数字终端技术
研究意义和重要性。射电天文数字终端技术经历了几十年的发展,因其数据处理的灵活性、优越的性能和强大的数据处理能力,已经成为射电望远镜数据终端技术的首选。各射电天文强国均在研发通用性强、具备可持续发展特点的数字数据处理终端。如欧洲各国联合研制的基于FPGA的通用数据处理板卡Uniboard,配备相应的软件后,可作为单天线数据处理终端或综合孔径阵列相关器计算单元使用。美国UC Berkeley大学CASPER团组研发开源的数字数据处理终端,包括高速A/D、基于FPGA的数据处理板卡和计算机CPU及GPU集群,其中FPGA板卡和计算机集群之间采用高速交换机进行互联。国内也在进行通用的数字处理终端的研究,如上海天文台的基于FPGA的DBBC的研发等。射电望远镜宽带馈电、相位阵馈源等技术的发展和观测模式的多样性的增长对望远镜数据处理终端技术提出了新的需求。同时,日益恶化的射电干扰环境也为射电天文观测的干扰剔除提出了严峻的挑战。中心将集中相关研究力量进行技术攻关,研制新一代的、通用性强的数字处理终端,对于增强终端的数据处理、灵活配置观测模式、射电干扰有效剔除和缩短数据终端研发时间等有重要意义。
研究内容。主要包括宽带数字数据处理终端和针对相位阵馈源的数字波束合成网络等的算法和关键技术研究。
算法研究包括模数转换对模拟信号的影响分析,不同干扰条件下的量化水平选择,超高分辨率频谱分析,多相滤波器组算法优化等。还包括针对不同观测模式的算法研究,包括脉冲星消色散及搜索算法,脉冲星相干消色散算法优化,纳秒级瞬态现象时域分析和结合馈电系统的数字偏振计算法研究等。
关键技术的研究包括采样率5-10GSPS,量化位数8或以上的高速A/D转换;基于FPGA的高速数据处理板卡,可接收高速A/D输出的数据率达到10GBPS或更高的数据流;基于CPU和GPU的计算机集群,用于数据处理和海量数据存储;FPGA数据处理板卡和计算机集群的高速数据通讯技术研究。同时,将开展脉冲星非相干消色散及相干消色散终端,脉冲星搜索终端,高分辨率谱线终端,VLBI终端,数字变频和基带数据记录系统等射电天文数据处理终端,利用数字数据处理方法和校准技术实现高隔离度的数字偏振计及各种偏振模式之间可灵活转换的数字数据处理终端和相位阵馈源多种模式的数字波束合成网络的系统研究等。
预期成果。培养一支具备射电天文数字数据处理终端系统设计,软硬件系统研制的高水平的技术研发队伍。并建立起包括高速A/D,基于FPGA和计算机集群并行计算的多功能数字数据处理平台和研发环境,为国内已有和在研的射电望远镜研制可适用于多种观测模式数字数据处理终端,并为相关领域提供技术服务。
(3)突破大型射电干涉阵列数据处理技术难题
平方公里射电干涉望远镜阵列SKA将是主导并引领未来射电天文学发展的新概念观测设备,目前国际上已经形成了以验证SKA概念并兼顾重大科学问题研究的诸多大型SKA探路者设备,如21CMA,ASKAP,LOFAR,LWA,Meer KAT,MWA,PAPER等,这些已经运行和正在建设的射电干涉望远镜阵,包括SKA均瞄准“宇宙黎明和再电离探测”和“脉冲星的引力波探测”这两大科学目标展开,而由这两大科学目标驱动的射电望远镜阵列具备了如下特点:高灵敏度(以多面天线组合实现);大视场(以小口径望远镜单元实现);高空间分辨率(以长基线实现);宽波段(以高速采样实现);高频率分辨率(以数字化实现);多波束(以数字化波束合成实现);高动态范围(大于106,以数字化和数据处理联合实现)。
为适应SKA时代的大型射电干涉望远镜的发展,追求以“宇宙黎明和再电离探测”和“脉冲星的引力波探测”为先导的宏伟科学目标,我们所要承担的最艰巨任务是把SKA极其探路者的观测数据转换成科学成果。然而,同时兼顾大视场(几十平方度)和高动态(百万量级)的射电干涉望远镜数据处理方法尚在探索之中,我国射电天文学家在此领域积累的经验又近乎于零。而不掌握这一基本的数据处理技术,我们将无法实现大型射电干涉阵列望远镜(如SKA)所追求的首要科学目标。另外,我们面临的是前所未有的数字化射电望远镜阵列(每秒Tb-Pb级的数流),而处理原始数据(非压缩或格点化的数据)是获得高动态天文图像的必要条件,继而才能保障实现诸如“宇宙黎明和再电离探测”这样宏伟的科学目标。所以,SKA极其探路者真正开启了天文学研究的大数据时代,也给我们的数据处理带来了全新的挑战。
面对SKA时代的射电天文学发展,我们的对策是:以国内现有SKA探路者设备为实测基础,建立处理低频、大视场、高动态、双极化、多波束的数据处理软件,培养一支优秀的数据处理队伍,全面迎接SKA时代大数据和宏伟科学目标的挑战。我国自行建设的21CMA已经是一部类似SKA-lo的大视场低频射电干涉望远镜阵列,目前正在实施的多波束和双极化试验将使我们掌握和熟悉SKA的各项先进技术手段,以此实测数据为依托,我们将完成和完善低频大型射电望远镜干涉阵列的数据处理软件,建设我们的数据处理中心,培养我们的数据处理和科学研究人才,瞄准“宇宙黎明和再电离探测”和“脉冲星的引力波探测”两大科学目标等前沿领域,在SKA时代,使中国射电天文学研究取得突破性进展。
三、空间天文
空间天文方面将发展X射线聚焦成像技术、高能粒子探测技术、红外探测器技术和天文卫星地面系统技术,拟突破的关键技术有:
大规模数值模拟与海量数据挖掘技术
(1)发展世界先进水平的大规模数值模拟技术与方法
研究意义和重要性。宇宙学数值模拟是当前理论宇宙学研究中一个不可或缺的主要研究手段。在当今精确宇宙学时代,数值模拟正扮演着越来越重要的地位。一方面,数值模拟成为在理论上理解宇宙多尺度、高度非线性和复杂性物理的唯一手段;另一方面,宇宙学数值模拟也为天文学观测和理论模型建立了一个直接验证的桥梁。正是由于其重要性,所以目前宇宙学研究领域已经衍生出计算宇宙学这一分支,并已经成为了和天文实测、理论研究并列的宇宙学研究第三个支柱。
宇宙学正处于蓬勃发展的黄金时期,过去10年已经两获诺贝尔物理奖,而暗物质、暗能量、宇宙原初扰动等重大发现也已对基础物理产生了深远影响。 目前国际天文领域正布局一些新一代重大宇宙学项目,主要将涉及探究宇宙中暗物质和暗能量性质、宇宙再电离历史、高红移宇宙,星系形成与演化。这些项目的顺利实施将为宇宙学研究带来一个新时代。这些新一代宇宙学重大项目对计算宇宙学提出了极大挑战。一方面更高精度、更大巡天面积的观测需要匹配超精确、超大规模的宇宙学数值模拟来解释;另一方面要充分实现这些项目的科学目标,则需要同步发展相应的新一代宇宙学数值模拟,以精确理解/修正各种观测效应/系统误差/统计误差。
另外望远镜设计以及大型巡天策略目前也越来越依赖于数值模拟。望远镜设计参数要求通常个体化,误差估计简单化,实际运行需要考虑整体效果,包括非高斯误差,系统偏差,误差的叠加传递等。完整的仿真模拟模拟可以最大程度地预估望远镜性能,优化观测计划。通过可控的仿真模拟,可以深入理解各个部件性能的最终影响,从而有针对性地重新要求设计参数。
研究内容。计算宇宙学的核心技术在于宇宙学模拟软件平台,为此我们必须发展出一个世界领先、适合目前和未来世界超级计算机架构的宇宙学模拟软件平台。目前高性能计算正进入一个急剧变化的时代,异构计算已成为一个重要的发展趋势:一方面,由于能耗问题已成为主导超级计算机发展的首要因素,性能功耗比更好的异构计算硬件。另一方面, 随着超级计算机体量剧增,即使全采用同构硬件,计算节点内也将表现出异构的特点。所以在不久的将来,异构计算将成为重要发展趋势,计算宇宙学异构算法的开发以及实现也将是未来一个必然的趋势。世界上现有成熟的计算宇宙学模拟软件确都是基于单计算核心、纯CPU的传统超级计算机架构上,所以并不适合于未来超级计算机。目前对异构软件平台的开发,我国和世界处于同一起跑线,若能抓住这个历史难逢的机会,将会使我国的计算宇宙学在世界上继硬件优势之外具有更重要的软件优势。
在望远镜设计、巡天策略优化方面,将发展一套完整的从建立模拟星表、模拟光子在大气中受风和湍流的作用、进入望远镜的折反射过程以及在CCD系统内的光电过程,到最终生成仿真观测图像的一个软件平台。
预期成果。形成一个国际领先的计算宇宙学异构软件平台,该软件平台具有运行领先宇宙学数值模拟能力;形成一个完整的从建立模拟星表、模拟光子在大气中受风和湍流的作用、进入望远镜的折反射过程以及在CCD系统内的光电过程,到最终生成仿真观测图像的一个软件平台。该软件平台具有指导我国未来大型观测计划能力。
(2)发展海量数据挖掘技术充分实现观测数据科学价值
✔ 海量数据挖掘技术
研究意义和重要性。天文学从建立以来一直和处理数据分不开。随着天体设备观测能力的提高以及学科发展的需要,天文观测正产生越来越大的数据体。国际上目前正筹建的天文重大项目—LSST将在10年巡天期间每20秒将产生6GB数据。如何从如此海量的数据总挖掘出有用的信息,对天文学家来说是一个巨大的挑战。随着大型地面和空间观测设备的建立和运行,各种规模的不同波段的巡天项目的开展,如美国斯隆数字巡天SDSS、全景巡天望远镜和快速回应系统Pan-STARRS1、宽视场红外探测器WISE、两微米全天巡天2MASS、欧洲空间局的“盖亚”卫星Gaia、英国深红外巡天UKIDSS、美国射电巡天NVSS、20厘米射电巡天FIRST、牛顿空间卫星XMM、钱德拉空间卫星Chandra,覆盖了从射电、红外、可见光、紫外、X射线、γ射线的全波段,天文学成为全波段天文学。巡天数据铺天盖地的涌来,天文数据到达了空前的海量,以TB字节、PB字节计量,天文学步入网络化时代、信息时代和大数据时代。天文学从发现驱动的科学转化为数据驱动、科学引导的科学,即数据密集型科学。大数据的几个基本特点:数据量的巨大(Volume)、数据处理的时效性(Velocity)、数据类型繁多(Variety)、价值密度低(Value),在天文大数据中尽显无疑。这无疑为天文大数据的挖掘和知识发现提出了更大的挑战,同时也为发现新知识开创了新的机遇。
如何从如此丰厚的天文数据中挖掘、处理和分析出有用的信息和知识已不止是天文学家一家关心的问题。天文学家需要与统计学家、数据库专家、数据学家、数据挖掘专家、数据分析师、计算机专家、存储技术等专家精诚协作共同面对和处理天文大数据带来的一系列问题。美国斯隆数字巡天SDSS是目前为止最为成功和成果产出最为丰硕的项目,已经成功地证实了这一点。他们正是天文学家、IT业界、数据挖掘专家充分良好合作的优秀范例。为适应新形势的发展,天文学新的学科和方向正在形成,如天文统计学、天文信息学、计算天文学等。
目前,数据挖掘和知识发现已经在天文学中取得了许多应用成果,如天体的分类、河外天体红移的测量、恒星物理参数的测定、新型天体的发现、超新星分类、周期变源的寻找等。
新一代大型巡天计划,如大型综合巡天望远镜LSST、平方千米阵SKA、宽场红外巡天望远镜WFIRST、欧空局项目Euclid等会再次将天文学推向新的高度。如何高效处理大数据的问题将凸显出来,例如:如何存储、备份、迁移、传输、处理、分析和挖掘等。这些问题不时地困扰着科学家们,而且天文学随着时序数据的收集和应用,天文学的一门新兴学科“时域天文学”悄然兴起。同时,下一代大型巡天项目大多会即时公开观测数据,这对于观测能力仍存在差距的我国天文学领域而言,无疑是一个很好的契机。将来比的是谁有聪明的想法和更高效的数据挖掘与知识发现手段。SKA和LSST项目预期在2020年开始运行,在筹备阶段已经在数据存储、分析和挖掘上投入了大量的人力物力,而且还在全球范围内广招优秀的数据挖掘和数据库等方面的专家加入团队。天文学家已经清醒地认识到大数据就摆在面前,若不及时有效地挖掘,就等同于垃圾。
研究内容。虚拟天文台为天文学家搭建起了一个全球数据网格,天文大科学研究中心技术服务中心将实现国内观测数据的规范化归档和标准化开放共享。将数据挖掘和知识发现技术充分应用于当前和未来的国内、国际天文数据上必然会加速科学成果的产出,发挥国内观测数据的科学价值。可以预计未来的大型巡天将产生无数的天文新发现,这些新发现会在全统计学范围内产生:从非常稀少的事件到对某类天体的完全统计。其中一个关键的科学需要是如何从观测资料中快速提取出物理规律。这将需要:1)识别偶然事件和已知事件;2)识别新发现;3)识别已有模型所预言的稀少的事件;4)对已知天体发现新的特征量;5)对现有的物理模型提供更可靠的统计验证;6)对新的理论模型提供重大的支持,等等。所有这些都需要对海量数据体进行挖掘。数据挖掘技术在天文领域的应用主要在以下几个方面:1)星系形态识别;2)恒星、星系区分;3)选择类星体/活动星系核星系;4)测光红移;5)天文观测数据实时处理和时域天文学。
预期成果。将形成一整套完整的适于天文观测的数据挖掘软件平台,以改善我们在天文数据挖掘技术上薄弱的局面。另一方面该软件平台将需要与时俱进的发展,具有处理世界领先天文巡天观测能力。
✔ 天体测量数据综合分析
研究意义和重要性。随着各种天文和空间大地测量技术的日益进步、以及对研究各种更高频更微弱的地球物理信号的科学需求,对天文和地球参考系统的精度、稳定性和自洽性都提出了更高的要求和挑战,如:微角秒水平的天球参考架、位置精度1毫米和速度精度0.1毫米/年的地球参考架、相应精度水平和高时间分辨率的EOP快速测定与预报、一整套相互自洽的天文和地球参考系统、好于厘米的全球和区域大地水准面等等。同时,这些科学指标的提出,又反过来对相关测量技术和资料分析技术提出了新的挑战。
VLBI、SLR/LLR、GNSS等一直是建立和维持天球参考架、地球参考架以及提供地球自转参数长期测量结果的最主要技术,并且未有可预见的取代手段。对VLBI、SLR、GNSS等天文测量资料进行处理,对其中的各种天文和物理模型进行改进,提高数据处理的精度,并开展相关科学与应用研究,是必需而且需要不断投入的。
中心共建单位上海天文台在以上研究方向扎根数十年,陆续研发并更新了VLBI、SLR、GNSS、LLR、GRACE等资料处理与综合分析软件和相应的计算机平台,以及各技术的历史观测数据库,形成了完整的、完全自主知识产权的天文测地数据处理平台。
研究内容。深入天体测量综合数据分析研究,发展毫米/微角秒超高精度、多种空间技术的观测理论和综合处理研究方法,具体包括:VLBI/SLR/GNSS/LLR/GRACE/InSAR等技术的资料处理与分析技术、地球自转参数综合分析与预报技术、空间飞行器定轨技术、天文测地数据库建设等。
从多技术综合处理系统角度,统一数据处理的数理模型、算法规范,数据输入输出规范;实现各种技术的数据分析工作规范化、常规化;开展多技术综合处理研究,研发多技术综合处理系统;开展卫星重力、卫星测高、地球自转在大气、海洋、水和地球内部物质分布变化等前沿研究。
预期成果。建立多技术数据分析平台系统;三种技术(VLBI/SLR/GNSS)具备国际数据分析服务能力,使得我国的综合分析处理和预报技术达到国际一流水平,处理结果成为国际重要参考源数据;面向国内用户,提供三种技术数据分析产品,开展多技术综合处理工作;实现三种技术的数据分析工作规范化、常规化。建立多技术综合处理系统;从多技术综合处理系统角度,统一数据处理的数理模型、算法规范,数据输入输出规范等。
四、超级计算与数据挖掘
超级计算与数据挖掘方面发展大规模数值模拟技术、海量数据挖掘技术、望远镜及其科学计划模拟与仿真技术。拟突破的关键技术有:
多波段高精度空间天文探测技术
空间观测使人们摆脱了地球大气的束缚,实现了全波段范围内的观测,空间分辨率极大提高。各波段空间望远镜经过几代发展,在观测能力上逐渐相互匹配,进入全波段观测的协同发展时代。
哈勃太空望远镜使人类发现了大量未知的天体,并使人类的视界延伸到了130亿光年的距离。空间X射线和微波观测,使人类确认了宇宙起源的大爆炸理论,2002年和2006年度的诺贝尔物理学奖分别授予了成功探测到中微子、发现宇宙X射线源和发现宇宙微波背景辐射黑体形式与各向异性的空间科学领域的科学家。
面向21世纪,世界各空间科学强国纷纷提出宏伟的空间天文发展规划。美国和欧洲追求全面的领先地位,在突出重点的同时,强调各个方面均衡发展。日本则强调其谋求世界空间科学中心的同时,要力促尖端技术的发展。俄罗斯更多的是强调保持作为空间大国应有的贡献和地位。法国、意大利等国家在参加欧空局大的科学计划的同时,还有一系列自己的计划,这些计划大都基于小卫星,突出有限的科学目标,尤其是法国非常强调新的“卫星编队飞行”技术在空间天文领域能够带来的新的发现机遇和空间天文的科学需求对未来先进“卫星编队飞行”技术的带动作用。值得注意的是,在发展中国家中,巴西和印度都朝着独立开展空间计划的方向迈进,巴西选择有限目标,而印度占着与美国合作的优势,计划显得雄心勃勃,将于2015年独立地发射第一颗天文卫星(ASTROSAT)。
我国空间天文观测与国际差距很大,正在积极推进。近期和未来拟开展的空间天文探测计划涉及到了高能粒子、γ射线、X射线、光学、红外等各个波段,因此急需部署或者进一步提升相应波段探测技术的研发。同时发展空间天文卫星地面系统技术,支撑空间天文卫星的科学载荷的控制与运行,科学数据的接收、存储、处理和开放共享,满足科学用户的需求。
为实现空间多波段、高精度天文观测,需要开展空间红外、X射线、γ射线和高能粒子探测器技术的研究以及天文卫星地面系统技术研究。空间光学探测技术的研究安排在光学天文技术与方法平台中。
(1)空间红外探测技术
研究意义和重要性。由于地球大气的吸收效应,红外3-200微米波段的天文观测研究基本只能依靠空间望远镜来完成。从上世纪八十年代开始,基于高灵敏度红外探测器和空间探测技术的快速发展,红外天文已正成为最热门研究领域之一,而这主要是由以下科学研究需求所决定的:1)相比其它波段,特别是光学波段,红外波段尚未被完全详细探索,许多新的天文现象在红外观测中较易被发现;2)随着人类对宇宙越来越深的探索,高红移的星系,包括第一代恒星和星系,需充分使用红外观测才能进行细致研究;3)人们普遍感兴趣的可能存在地外生命的太阳系外行星,由于它们温度很低,需依靠红外观测去发现和研究;4)刚形成的恒星、原星盘、大分子云,及低质量恒星、恒星物质外流、和星际介质等,由于它们的温度低,对它们的红外观测是主要研究手段之一。
和国际水平相比,我国红外观测天文因为缺乏相应的高端仪器和技术,处于极其落后状态,是一个亟需重点发展的领域。
研究内容。基于国内基础和国际现状,未来5-10年拟开展如下研究:1)对国内、国际红外探测器的基本性能进行测试研究,确定国产探测器天文技术指标和性能提高重点;2)开展红外观测基础仪器研制、测试,同时开展空间探测相关基础技术试验;3)开展大型地面望远镜近、中红外终端的研制,使得我国具有最基本的红外天文观测能力;4)根据国内空间探测的发展布局情况,有针对性地开展红外空间天文卫星预研和关键技术研究。
突破目标与预期成果。建立一套完整的高灵敏度天文红外探测器测试与表征系统,从而更系统化地为红外探测技术发展服务,促使我国红外探测技术的跃升;研制出地面用近红外成像仪和光谱仪,获得实际仪器研制经验和试验性观测数据,为发展红外空间探测做好所需技术储备;研制出中红外成像仪,作为正在计划中的中国载人空间站红外望远镜原理样机,为成功研制并于2022年后搭载运行做好完备的技术预研准备;围绕最终发展完成我国自己的红外天文卫星,在诸如冷光学系统研制、致冷技术、空间高精度指向控制技术等方面完成多类关键技术预研等工作。
(2)空间X射线探测技术
研究意义和重要性。时域天文学正在成为天文学最新发展潮流,以构成宇宙图像的天体如何随时间变化为研究重点。随着国际上一批地面和空间大视场监测设备的相继投入使用,大视场时域天文学将在2020年左右步入一个多波段、多媒介的黄金时代,预期将产生一批重要的天文发现。然而软X射线仍是一个空白波段,缺乏一个大视场、高灵敏度的X射线全天监视设备,用于时间和空间上都不可预测的突发性的爆发事件发现和观测和全天X射线源的普查。这样的设备预计将在极端天体现象特别是引力波等天文前沿研究领域产生大量的开创性成果。
同时,随着深空探测的发展和国家战略需求的发展,XX导航技术成为了最有潜力的下一代导航技术,其核心在于X射线脉冲的高精度观测。而作为一种服务型的载荷,轻量化低成本是其基本需求。
面向这样的需求,需要突破宽视场和轻量化的X射线成像及其相关的技术。
研究内容。轻型和宽视场X射线望远镜的设计和研制技术是最为核心的关键技术,包括X射线光学望远镜的设计和模拟技术,轻量化和宽视场聚焦X射线光学组件的制造和测试技术。在轻量化的X射线光学技术中,微孔光学是最有潜力的技术之一,需要实现以微加工技术为基础的微孔X射线光学器件的全面国产化。由于X射线观测都是空间观测设备,因此还需要发展空间X射线聚焦望远镜相关的探测器、热控、结构、在线数据处理等载荷总体技术,以应对未来空间项目的需求和挑战。
突破目标与预期成果。发展X射线光学望远镜的设计和模拟技术,研制轻量化和宽视场聚焦X射线光学组件,突破轻型和宽视场X射线望远镜的设计和研制技术;突破微孔光学器件国产化技术,实现以微加工技术为基础的微孔X射线光学技术的全面国产化;掌握空间X射线聚焦望远镜相关探测器、热控、结构、在线数据处理等载荷总体技术。
(3)空间γ射线和高能粒子探测技术
研究意义和重要性。在宇宙空间中存在许多高能粒子,人们一般称之为宇宙射线。尽管宇宙线已经被发现了100余年,但其起源尚不清楚。暗物质粒子可能衰变或相互间湮灭,产生高能粒子或者伽玛射线。此外10MeV-10GeV伽玛射线空间高分辨观测还是空白。这方面的研究国际上进行的如火如荼,目前在轨运行的Fermi-LAT卫星以及国际空间站的阿尔法磁谱仪(AMS-02)就是最为人们熟知的两个探测实验。我国也将于2015年底发射暗物质粒子探测卫星,这也是一颗高能粒子和伽玛射线探测卫星。但是为了在暗物质间接探测以及高能宇宙射线和伽玛射线天文探测方面取得更大的突破,下一代GeV-PeV高能探测器需具备更高的性能,例如具有更大的接收度~10 m2 sr、更高的空间分辨~0.10、更高的能量分辨,尤其是对于伽玛射线,要优于1%。
研究内容。经过暗物质粒子探测卫星的工程研发,已经具备了高能探测器的研制能力。下一代探测器需要在观测能段、角分辨本领、探测器几何因子等关键指标方面提高1个数量级以上。这就需要发展新的探测器技术,如大面积硅微条探测器技术、大面积高深度量能器探测器技术、超多路低功耗电子学读出技术等。另外在暗物质探测方面还需要新型入射粒子电荷极性探测器技术,如新型高强度,低重量磁谱仪技术。
突破目标与预期成果。高能粒子探测技术方面的研究成果将直接应用于我国下一个时期的空间天文高能探测计划,例如研制并成功发射MeV-GeV能区的高空间分辨的伽玛射线望远镜以及下一代超高能段高能粒子探测卫星,使我国能引领世界上的暗物质粒子空间间接探测以及宇宙射线直接探测研究。
(4)空间天文卫星地面系统技术
研究意义和重要性。空间天文卫星包括空间的航天器平台、科学载荷以及地面系统。天文卫星地面系统是实现卫星与载荷的控制、运行,以及保障科学目标实现的一个关键环节。天文卫星地面系统研制和运行首先要面向卫星的科学载荷,支持载荷地面测试分析、支持在轨运行期间天文观测计划的实施和评估;第二要面向观测数据,包括接收、存储、处理和归档数据、发布数据;第三面向科学用户,成为在轨观测仪器与科学家、广大科学群体的界面,是空间天文卫星科学价值的体现端点。空间天文项目的高显示度和其成果的重大科学意义决定了空间天文地面系统在全民科普和提高我国公民素质方面将发挥重要的作用。
研究内容与预期目标。1)地面系统与载荷的协同研制技术。每一个空间天文项目都具有特殊性和先进性,需要按照天文观测的标准满足独特要求,需要在平台和载荷研制阶段通过参加载荷测试,对有效载荷测试结果和系统其它特性进行仿真验证,保证科学目标的实现。2)观测和编排优化仿真器。空间天文项目可能具有特定的观测模式和目标要求,也可能需要向科学界征求具体的研究课题和观测提案。如何针对观测的复杂要求和工程约束,最大化利用卫星燃料、电能、寿命、数据带宽等资源,是一个重要的研究课题。通过研发,提出通用提案模板和建立仿真器。3)支持多样演化算法的数据处理系统。由于空间设备寿命有限,观测仪器在整个生命周期会发生可预计和不可预计的变化,所以空间天文地面系统的一个重要特点是数据处理周期远长于在轨设备生命周期。这要求数据处理系统在10年时间尺度上能适应数据再处理要求,力争通过试验研究,采用现代采用底层平台加上脚本语言方法给予解决。4)天地联合快速反应技术。时域天文学的发展和多波段天地协同观测,要求地面系统承担起快速反应、协调卫星和地面的触发观测的任务,并具备机遇目标响应能力。研制并实现GRB协同快反系统。5)专业数据服务和大众普及平台。空间天文项目拟解决的问题是全世界科学家共同关心的前沿和重大科学问题,具有公益性质,所以空间天文项目的数据按照国际惯例将依照一定的规范和程序对外进行专业数据公布,同时要满足学生和一般公众对空间天文项目的高度关注和兴趣。通过采用网络化传播和互动技术为项目科普和公众教育提供支持。
相关链接
联系方式
地址:北京市朝阳区大屯路甲20号 中国科学院国家天文台天文大科学中心综合管理部
邮编:100012