“SKA建设准备阶段关键问题研究”项目立项报告

该报告在SKA科学目标预研究、天线研究、宽频带大视场接收机系统研究等方面,设立相应研究,针对性地开展相关的射电天文前沿科学和高技术研究。在SKA科学目标与研究方面,主要围绕宇宙再电离、暗能量与暗物质本质、河外射电源、SKA核心数据处理技术等课题开展预研究,同时组织国内射电天文界的相关力量,逐步凝练并形成中国SKA早期科学目标,并在此过程中,逐步发展国内的SKA科学研究团队。同时,将实施中国SKA人才培养计划,为我国未来SKA科学研究进行人才储备建设。在天线阵列研究方面,开展高频段口径15 m天线的天线理论、机械结构、馈电系统,以及大批量、低成本、高可靠性的天线研制技术研究。在宽频带大视场接收机技术方面,开展SKA先进仪器计划中的宽频带单波束接收机和相位阵技术研究,为SKA和国内大口径射电望远镜做相应技术储备。该项目拟基于大学、研究所和工业界现有研究队伍,以产学研合作的方式,培养、发展和壮大我国参与SKA未来建设和科学运行团队。

中国SKA区域中心跨洲际高速数据传输进展及展望

平方公里阵列(Square Kilometre Array, SKA)作为最大的射电望远镜,其观测产生的数据将首先由澳大利亚和南非两个台址传输到几百公里以外的科学数据处理中心,然后通过跨洲际高速互联网分发到上万公里距离的全球各个SKA区域中心(SKA Regional Centre, SRC).在SKA第一阶段,每年预计有710 PB的数据需要通过至少100 Gbps的网络分发到各个SRC,如此高的网络带宽和数据规模对数据的传输与分发带来极大挑战.本文通过对TCP/UDP/HTTP等多种网络协议的分析,使用当前射电天文领域不同的软件测试研究了当前10 Gbps网络基础设施下的最佳传输方案参数,讨论了影响高速传输的因素,提出了相应的性能优化策略.这将为中国在SKA第一阶段正式观测前的网络建设和布局提供技术基础,也是未来SKA区域中心全球联网运行的技术积累.本文所描述的技术细节和方法对依赖大数据量跨国际节点交互的相关科学应用至关重要.

SKA大数据的科学应用和挑战

即将开建的平方公里阵列(SKA)射电望远镜是最大的天文观测装置,有望在宇宙起源、生命起源、宇宙磁场起源、引力本质、地外文明等自然科学重大前沿问题上取得革命性的突破。SKA的超级灵敏度、超大视场、超快巡天速度和超高时间、空间、频率分辨率等技术特点确保了SKA在观测能力上的领先地位,由此也产生了海量观测数据。SKA的数据运输、存储、读写、运算、管理、归档、发布对信息和计算机领域的前沿技术均提出了严峻的考验。中国SKA科学团队将协同信息产业界一道应对SKA大数据的挑战,不仅推动产生重大原创性科学发现,其技术成果也将应用于国民经济建设。

SKA低频成像系统在中国SKA区域中心的部署

平方公里阵列(Square Kilometre Array, SKA)将成为世界上最大的综合孔径射电望远镜.凭借其高分辨率、超高灵敏度和超快巡天速度, SKA能以前所未有的细节探索宇宙.连续谱巡天是SKA的几个主要观测模式之一,为理解和认识射电天空奠定基础. SKA探路者设备已经运行了几年,积累了丰富的巡天观测数据.中国天文学家正在为中国SKA区域中心(China SKA Regional Centre, CSRC)的建设进行积极的准备,已经完成了原型机.本文详细介绍了在CSRC原型机中部署SKA低频数据处理系统的进展.默奇森宽场阵列(Murchison Wide-field Array, MWA)是SKA低频阵列的先导项目.我们使用MWA的观测数据来验证成像管线系统的部署并测试其正确性. CSRC原型机的数据处理结果与已发表的结果一致,表明在CSRC原型机上部署开发的并行数据处理系统取得了巨大成功.而且,该原型机的灵活适配性和可扩展性使其可以轻松扩展,支持未来SKA第一阶段试运行期间的大规模连续谱成像实验.这些经验将有助于改善成像管线系统,并有助于完善CSRC.

Science opportunities and challenges associated with SKA big data

The upcoming Square Kilometre Array (SKA) radio telescope will become the largest astronomical observation facility,and is expected to introduce revolutionary changes in major fields of natural sciences.These revolutionary changes help us to answer the fundamental questions related to the origins of the universe,life,cosmic magnetic field,the nature of gravity,and to search for extraterrestrial civilizations [1].

Status and progress of China SKA Regional Centre prototype

The Square Kilometre Array(SKA)project consists of delivering two largest radio telescope arrays being built by the SKA Observatory(SKAO),which is an intergovernmental organization bringing together nations from around the world with China being one of the major member countries.The computing resources needed to process,distribute,curate and use the vast amount of data that will be generated by the SKA telescopes are too large for the SKAO to manage on its own.To address this challenge,the SKAO is working with the international community to create a shared,distributed data,computing and networking capability called the SKA Regional Centre Alliance.In this model,the SKAO will be supported by a global network of SKA Regional Centres(SRCs)distributed around the world in its member countries to build an end-to-end science data system that will provide astronomers with high-quality science products.SRCs undertake deep processing,scientific analysis,and long-term storage of the SKA data,as well as user support.China has been actively participating in and promoting the construction of SRCs.This paper introduces the international cooperation and ongoing prototyping of the global SRC network,the basis for the construction of the China SRC and describes in detail the progress of the China SRC prototype.The paper also presents examples of scientific applications of SKA precursor and pathfinder telescopes performed using resources from the China SRC prototype.Finally,the future prospects of the China SRC are presented.