“中國復眼”在技術上和用途上與“中國天眼”相比有何不同？

在天文探測領域，我國前有“中國天眼”，后有“中國復眼”。今天，“‘中國復眼’開建”的話題上了熱搜。jmgednc

對于 “中國天眼”，想必很多小伙伴已經耳熟能詳，它是一架建造在貴州黔南布依族苗族自治州境內的500米口徑的球面射電望遠鏡（FAST），于2020年通過國家的驗收正式開放運行。隨著美國阿雷西博大型射電望遠鏡的坍塌，我國的“天眼”成為世界上最大的、唯一運行的超級單體射電望遠鏡，迄今為止已經發現了眾多宇宙深空中的脈沖星以及從宇宙深空中發射的若干無線電信號，為我們深入探知宇宙深空的神秘面紗提供了非常珍貴的第一手資料。jmgednc

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“中國天眼”——500米口徑球面射電望遠鏡jmgednc

雖然從名稱上看，我國近期建造的“中國復眼”工程也有個“眼”字，但它與“中國天眼”的原理和建造內容卻大相徑庭。jmgednc

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建設中的“中國復眼”天文雷達jmgednc

據知，“中國復眼”由北京理工大學重慶創新中心發起，該工程總共分三期建設：jmgednc

• 第一期計劃建造4臺直徑為16米的高分辨率分布式孔徑雷達，目前實際上已經建完2臺，正在進行伺服分系統調試，預計今年9月份完成一期全部建設任務。

• 今年7月8日，北京理工大學重慶創新中心與重慶市云陽縣人民政府簽署了全面戰略合作協議，共同建設“超大分布孔徑雷達高分辨率深空域主動觀測設施項目”，該項目即為“天國復眼”的第二期工程，建造地點位于重慶的云陽縣，工程的主體內容是建設20多部等效口徑為100米的高分辨率分布式雷達，能夠實現千萬公里外的小行星探測和成像。

• 當二期工程完成以后，我國還將繼續完善和深化“中國復眼”觀測能力，準備在重慶選址建設第三期工程，即建造“超大分布孔徑雷達高分辨率深空域主動觀測設施”，工程完工以后，將探測和成像的空間距離，從二期的千萬公里級拓展到1.5億公里。

那么，在已經有全球最大的“天眼”的背景下，我國為什么還要打造“復眼”？二者在技術原理和用途上又有什么不同呢？今天“EDN電子技術設計”小編就帶著這些疑問，帶大家了解下什么是“中國復眼”。jmgednc

“中國復眼”的基本原理

與“中國天眼”第一個不同之處，“中國復眼”不是一座射電望遠鏡，它的全名叫“超大分布孔徑雷達高分辨率深空域主動觀測設施項目”，簡稱“分布式雷達”，顧名思義是由許多雷達天線共同組成的天文觀測陣列，這些雷達可以各自工作，也能共同協作探測更遠更小的天體。jmgednc

“中國天眼”是一座巨型射電天文望遠鏡，它的直徑達500米，而“復眼”則由20余座“小型”天文雷達組成，最大的直徑只有30米左右，所有天線加起來的等效口徑也僅相當于1臺100米孔徑大天線。jmgednc

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“中國復眼”是一組雷達天線陣列jmgednc

這跟“中國天眼”比起來簡直“弱爆了”。不僅是等效孔徑比“天眼”小太多，這個在造的“復眼”還是個“近視眼”，它只能看清楚1.5億公里（相當于地球到太陽的距離）范圍內的東西，更遠的就模糊了。相比之下，“中國天眼”卻能接收到幾十萬光年以外的信號！jmgednc

為什么會是這樣？難道是“復眼”不如“天眼”，中國的望遠鏡越做越差嗎？并非如此。公平地講，“中國復眼”建成后，將是全球最先進的分布式雷達系統，用來觀察太陽系內的天體，它比“天眼”要銳利許多。jmgednc

中國天眼是一臺射電望遠鏡，它只能“看”——通過接收遙遠天體發射的電磁波信號，分析這些天體的特征。如果天體不發射電磁波或者發出的電磁波不夠強，“天眼”就看不見，所以用它來觀測火星就勉為其難，更別說用它來跟蹤太陽系里數以億計的小行星了。jmgednc

與單純接收電磁波的射電望遠鏡不同，雷達可以利用發射機向外發射電磁波信號，就像是暗夜里的探照燈。通過接收從目標反射回來的電磁波，雷達就能發現目標，并且分析出它的形狀、表面細節和移動速度。jmgednc

但是雷達波的能量會隨著傳輸距離的增加而擴散稀釋，距離越遠，單位面積的信號就越弱。信號能量的強弱與距離的平方成反比，信號從目標反射回來還要經歷相同的能量衰減過程，在最理想的狀態下，雷達接收到的信號遵循“逆四次冪定律”——“平方反比”再“平方反比”。jmgednc

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平方反比定律jmgednc

在距離一定的情況下，為了接收到足夠清晰的信號，我們需要做到以下幾點：jmgednc

1. 增加電磁波的發射功率；
2. 增加接收器反射面的面積；
3. 提高接收器的靈敏度。

由于制造單體巨型雷達的工程難度極大，科學家們借鑒昆蟲“復眼”的原理，用許多臺大功率高靈敏度的雷達組成“天線陣列”，利用分布式技術達到一臺巨型雷達的效果。jmgednc

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雷達陣列相當于昆蟲的復眼jmgednc

“中國復眼”與“中國天眼”用途差異

“中國天眼”是個“遠視眼”，它主要用于接收幾千光年以外的恒星、星云和脈沖星發出的信號；“中國復眼”主要用來“看近處”，對幾千萬公里內可能對地球產生威脅的小行星進行照相，測量其大小和運動軌跡，判斷它們可能與地球相遇的時間，好讓我們提前準備，避免恐龍滅絕的悲劇再次發生。jmgednc

分布式天文雷達還可以對像金星、火星、木星這樣的行星進行觀測。事實上前蘇聯的“冥王星”和美國“阿雷西博天文臺”就曾利用電磁波對這些行星進行過雷達成像，遺憾的是這些雷達都已經退出了歷史舞臺。目前全球最大的天文雷達是美國戈德斯通70米孔徑太陽系雷達。jmgednc

除了天文學研究和小行星防御任務外，“中國復眼”還可以利用它強大的雷達陣列密切監視地球軌道上的航天器和太空垃圾。由于地球自轉，我們在黑夜里無法利用光學望遠鏡監視頭頂的衛星，而雷達自帶“探照燈”，它不受光照影響，電磁波也不會被烏云霧霾遮擋，因此可以觀測到數百公里高空幾厘米大小的物體。任何物體危險靠近我們的衛星和空間站，都能被及時發現，并采取措施摧毀或避讓。jmgednc

另外，據說“中國復眼”建成之后，過幾年我們發射“天問二號”探測器的時候，就有幫手了。它可以為“天問二號”選擇條件最合適的小行星降落，如果真能成像的話，會不會在地球上就能拍到“天問二號”降落和采樣作業的過程呢？jmgednc

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天問二號可不是去火星的jmgednc

 “中國復眼”在全球的地位如何？

因此，“中國復眼”計劃正式著眼于近地小行星的“上限”，即1.5億公里這個范圍，來開展太陽系內小行星的詳細觀測。項目建成以后，“中國復眼”將成為世界上探測距離最遠、探測效果最佳的組合式深空雷達監測系統。jmgednc

屆時，“中國復眼”既能填補國內在該領域的能力空白，滿足近地小行星防御、空間態勢感知等需求，使太陽系內的小行星以及“闖入”太陽系的小行星無所遁形，而且還可拓展用于地球宜居性、行星形成等前沿領域研究，可以說是“一石多鳥”。“中國復眼”將在深空雷達探測和小行星防御監測等方面，走在世界的前列，為地球和人類的安全做出卓越的貢獻！jmgednc

總結

“中國天眼”是全球最大的球面射電望遠鏡，它是用于宇宙探索和研究的大科學設備；“中國復眼”將成為全球最大的分布式天文雷達，它除了用來觀測行星、尋找有威脅的近地小行星，還可以監視太空垃圾和那些“不速之客”，為我們的航天器保駕護航。jmgednc

未來“天眼”還可以與“復眼”攜手合作，利用它超大超靈敏的天線接收“復眼”雷達波反射信號，為中國太空探索任務貢獻力量。jmgednc