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射频探测阵列具备远超单天线系统的强大探测能力,是最复杂的高端科研装备之一,也是空间科学、射电天文和空间探测等领域前沿科技竞争的焦点。中国科学院国家空间科学中心阎敬业研究员带领团队坚持创新引领,使我国电离层雷达、地基和天基射电成像望远镜等高端科研装备技术水平达到国际前列。
打破传统,实现电离层探测雷达新突破
探测和认知电离层变化规律对科学研究、国民经济和国防安全具有重大战略意义。但由于电离层阵列雷达系统技术难度大,我国过去主要依靠进口,无法摆脱路径依赖、技术依赖和装备依赖。
针对国外设备无法分离自身效应和电离层效应的核心问题,阎敬业带领团队打破传统,2007年提出了层次化分布式“阵元雷达网”设计思想,阵元一致性指标提高2个数量级,先后研制我国首套甚高频相干散射雷达、高频相干散射雷达、数字流星雷达,2023年建成了中国高频雷达网,均达到国际领先或国际前沿水平,实现了电离层雷达科学、技术、工程、应用全链条自主可控。
千眼天珠,树立高性能射电成像望远镜新标杆
射电成像阵列望远镜应用于太阳物理、空间天气、射电天文、行星防御等重大科学前沿,我国与世界先进水平一直有较大差距,主要依靠国外数据开展研究,极大地制约了自主探索能力。
2013年起,阎敬业带领团队挑战这一世界级复杂系统工程,原创提出了圆环阵列构型和中心定标的总体方案,突破了多项关键核心技术,2023年建成全球规模最大、同频段性能最强的稻城太阳射电成像望远镜(被誉为“千眼天珠”),以巨大的规模和领先的技术闻名全球,入选中央广播电视总台发布的2023年度国内十大科技新闻。
在太阳物理和空间天气领域,探测到传播距离最远的射电CME事件,首次获取日冕多波段层析图像,高质量监测射电暗条爆发过程,展现了高性能空间天气预报能力。
在射电天文领域,实施了我国首次低频射电巡天,独立发现了罕见的长周期暂现源(LPT),获取的爆发数据超过了国外设备发现的总和,提供了“年轻中子星”起源的关键证据。
在行星防御领域,成功实施了我国首次低频双基雷达探测实验,为保障小行星采样返回和小行星防御等国家重大工程提供了新的探测手段。
鸿蒙计划,开拓超长波射电干涉技术新前沿
低于30MHz的超长波谱段是电磁波谱中最后一个尚待打开的天文窗口,也是探测早期宇宙黑暗时期的唯一已知探针。数十年来,美欧等国提出多种卫星编队和月背阵列方案,但均因技术难度太大,停留在概念阶段。
阎敬业带领团队另辟蹊径,在2014年原创提出月球轨道线性编队总体方案,不但克服了前人方案存在的基线难以测量、时钟难以同步、数据难以传输等核心难题,还首创了卫星编队尺度呼吸技术,综合利用绕月卫星的轨道运动和轨道面进动等天体动力学原理,信息采样密度超过其它方案2~3个数量级,从原理上保证了最高性能的超长波成像。
为突破关键技术,阎敬业带领中国-欧洲联合团队开展深化论证,研制了我国首个月球轨道超长波干涉谱仪,龙江二号卫星首次获取了月背超长波连续谱。
前沿科学研究对高分辨率的追求永无止境。阎敬业坚持创新,经过近二十年坚守和深耕,引领射频干涉测量技术前沿,为抢占科技制高点奠定了坚实基础。