狐，是南非Karoo盆地常見的小型哺乳動物。覓食時，狐們會直立布陣、四處張望，從而擴大群體的預(yù)警范圍。而對于主動搜索宇宙信號的人類來說，道理一樣，如果單面天線的接受能力有限，為什么不建成一個陣列？

南非的科學(xué)家與工程師們，不但在Karoo盆地這么做了，還把他們的陣列一語雙關(guān)地命名為MeerKAT（南非陣列望遠鏡）。MeerKAT是一個由64座、每座直徑為13.5米反射面天線所組成的天線陣。

然而， MeerKAT只是一個“探路者”。一個3000座天線組成的陣列（Square Kilometer Array，下稱SKA）的大科學(xué)工程規(guī)劃已出，吸引了十個會員國家，這也是繼“人造太陽”（國際熱核聚變實驗堆）中國參與的第二個國際大科學(xué)工程。

與“哈勃”這樣的地外光學(xué)望遠鏡不同，射電天文望遠鏡并非捕捉可見光，而是探測宇宙的電磁波信號，用于研究宇宙大爆炸、星系演化、暗能量以及宇宙磁場等問題。它在天體物理學(xué)研究中不可或缺，已為六項諾貝爾物理獎成果，以及炙手可熱的引力波研究提供了最直接的數(shù)據(jù)。

然而，各個國家對大科學(xué)工程的癡迷，不僅在于軍事運用，更樂意它所帶來的新興產(chǎn)業(yè)鏈狀發(fā)展。計劃于2018年正式開建的SKA也不例外，主要參與國正以它為旗艦，在天線制造、信號處理以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷鄠€工程領(lǐng)域進行產(chǎn)業(yè)布局。

因此，從工程包的招投標(biāo)、項目成果的知識產(chǎn)權(quán)歸屬，到SKA國際組織的法律屬性，相關(guān)國家暗自較勁。它們一面迅速擴充國內(nèi)射電天文的研究實力，一面在國際談判上折沖樽俎。

南非的“嫁妝”

1957年，蘇聯(lián)的第一顆人造衛(wèi)星升天后，在整個西方無線電界，只有英國的Jodrell Bank射電天文臺跟蹤到了它的軌跡。這令南非人尼克爾森（George Nicolson）的心為之震動，當(dāng)時他還只是一個電子工程二年級的學(xué)生。

如今，Jodrell Bank天文臺是SKA總部的所在地；而尼克爾森也成為南非SKA項目的拓荒者，他和同僚們一道，成功地在2012年讓南非被選為SKA的雙臺址之一，使得三分之二的天線落戶于此。

這一切并非命運的巧合。尼克爾森撰文披露，南非的射電天文發(fā)家于美國海軍研究實驗室在此建造的衛(wèi)星跟蹤站，這一資產(chǎn)被并入1958年成立的美國國家航空航天局（NASA）。由此，NASA決定在南非再建一座26米的反射面天線——深空51號站，對月亮和行星進行探測。而剛剛大學(xué)畢業(yè)的尼克爾森，在這里謀到一個職位，負責(zé)天線控制系統(tǒng)。

當(dāng)時，美國加州理工大學(xué)的射電天文臺，利用自己27米的射電天文望遠鏡，對北銀河系進行了射電巡天。尼克爾森想，為什么不利用南非的51號站，對南銀河系做同樣的事情？更何況51號站的反射面天線恰巧也能調(diào)到加州理工巡天時所用的頻率——960兆赫茲。對南銀河系的射電巡天，以及與澳大利亞合作的干涉測量，讓尼克爾森成為南非科學(xué)與工業(yè)研究委員會（下稱南非科工委）首屈一指的射電天文學(xué)家。盡管此時，南非科工委因成本太高，并不熱衷射電天文學(xué)。

然而，命運弄人。南非秘密核武器計劃被曝光，NASA迫于政治壓力于1973年撤出南非，深空51號站停擺。對于尼克爾森博士來說，這并非全是壞事。他說服南非科工委，花了很少的錢將51號站改造成射電天文臺。

雖然在后來南非的科學(xué)體系改革中，射電天文幾經(jīng)易手，但是整個學(xué)科卻在壯大，每年都能獲得數(shù)百萬蘭特的研究預(yù)算。并且，在國際政治紅色警報解除后，南非迎來了NASA的衛(wèi)星激光測距系統(tǒng)，使其天文研究實力又上一個臺階。

1993年，國際天文界開始籌劃建造下一代大射電望遠鏡，并在六年后，發(fā)布科學(xué)白皮書，定名為SKA。對于當(dāng)時的南非科學(xué)家，這是一個不敢想的大工程。幸運的是，他們在世紀(jì)之交盼來了南非科研戰(zhàn)略的新理念，即：通過提高公眾的認知度和參與度，來提振南非的科研水平。那么，還有什么能比天文臺更具有公共識別度呢？

在南非，這是一項政治正確的變革。因為它和時任總統(tǒng)姆貝基提出、并在之后以多部法律確立為國策的“黑人經(jīng)濟振興”計劃一脈相承。而“黑人經(jīng)濟振興”計劃的基礎(chǔ)，正是提高占南非人口80%的黑人的教育水平。

是時，年僅45歲的黑人生物學(xué)家Khotso Mokhele博士，執(zhí)掌國家研究基金會，他對射電天文表現(xiàn)出極大的熱情。他在2002年同尼克爾森博士，以及從英國回來的射電天文學(xué)家們，上書南非科技部，希望南非能夠?qū)KA投入專項經(jīng)費，并參與SKA臺址的競標(biāo)。

現(xiàn)在科學(xué)家們就缺一個經(jīng)驗老到的項目經(jīng)理。時任南非科技部總干事、核物理學(xué)家亞當(dāng)姆（Rob Adam），突然想起了一個“游手好閑”的南非人——法納羅夫（Bernie Fanaroff）。

早在1974年于劍橋大學(xué)做博士的時候，法納羅夫就通過一篇關(guān)于射電星系的論文，奠定了學(xué)術(shù)地位，至今，射電天文學(xué)仍在使用以他的名字命名的分類法。

但是，他卻在1975年回到南非執(zhí)教不到一年，就從科學(xué)界洗手不干，全身心投入南非當(dāng)時剛剛萌芽的工會運動。

30年的社會經(jīng)歷，讓法納羅夫博士擁有良好的溝通技巧，以及政治談判本領(lǐng)，并且在政府和工業(yè)界的人脈極廣。因此，雖然南非的射電天文學(xué)起步較晚，但是從2003年開始，尼克爾森—亞當(dāng)姆—法納羅夫所組成的物理學(xué)博士“鐵三角”，讓南非的SKA高歌猛進。

車輪一轉(zhuǎn)，便停不下來。為了建造SKA的探路者MeerKAT，除了那座由51號站改造而來的26米口徑反射面天線，南非在2010年又建成了7座直徑為12米的反射面天線所組成的原型機KAT-7，進行信號接收，以及用于信號提取的相關(guān)器ROACH系統(tǒng)。

南非政府將北開普敦省的250平方公里土地，即Karoo盆地劃為天文核心區(qū)。南非還出臺了一部《天文學(xué)地理優(yōu)勢法》，以禁止在天文學(xué)研究的核心地區(qū)，進行礦業(yè)開采、有害工業(yè)發(fā)展以及發(fā)電與輸電，包括新增商業(yè)與定居點。從而將人類活動對射電天文研究的輻射干擾，降到最低點。

這一切科學(xué)、工程、體系和立法層面的準(zhǔn)備，都幫助南非最終在2012年脫穎而出，與澳大利亞共同成為SKA的臺址。南非的探路者64座13.5米口徑的MeerKAT項目，總預(yù)算超過1億美元。其中，第一座天線于2014年3月剛剛落成。

追逐SKA

根據(jù)物理學(xué)家霍金的理論假設(shè)，宇宙始于奇點。量子漲落所致的不穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致宇宙大爆炸，此時，會輻射出各種宇宙射線和微波信號，如果探測到這些“最古老的光”，也就能了解到爆炸瞬間的痕跡，從而驗證宇宙大爆炸理論。

然而，地球上有太多人類活動所產(chǎn)生的輻射，會對接收這些飄散在宇宙中的微波信號產(chǎn)生干擾。就連大氣層中的水蒸氣都會對特定微波波段產(chǎn)生吸收。這樣，就需要把接收器做到盡可能的大。

目前世界上最大的接收器，便是建成于1974年、直徑達300米的阿雷西博射電天文望遠鏡。它坐落在波多黎各的一片熱帶雨林里，由美國康奈爾大學(xué)管理，這也是諜戰(zhàn)片007之“黃金眼”的取景地。

科技技術(shù)發(fā)展雖快，對宇宙的深入研究，還是只能靠射電天文望遠鏡。迄今，世界上只有兩座直徑超過100米的射電天文望遠鏡，另一座在德國。但是，這難以滿足科學(xué)家們的好奇——到底是什么讓物體克服引力，使得宇宙加速膨脹，宇宙磁場又來自于哪里，等等。

于是，SKA被設(shè)計為：效果相當(dāng)于100座100米口徑反射面天線所組成的射電天文望遠鏡陣列。它的信號接收覆蓋頻率，也從70兆赫茲到25吉赫茲。其中，對高頻信號的接收，將由3300座15米口徑的反射面天線完成，在3000公里范圍，形成懸臂狀分布；而中低頻部分將由孔徑望遠鏡陣列完成，這樣能使最好的孔徑望遠鏡的靈敏度提高50倍，搜尋速度快1萬倍。

但是，科學(xué)目標(biāo)與工程實現(xiàn)之間，存在很大的距離。

現(xiàn)有的天線技術(shù)方案，還沒有一個能夠滿足SKA15米口徑反射面天線的需求。另一個巨大的挑戰(zhàn)是，SKA將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。其中，反射面天線產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是現(xiàn)有英特網(wǎng)的10倍，孔徑陣列的數(shù)據(jù)量則是100倍。SKA所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，需要處理能力達到10億億次/秒的高性能超級計算機，是2010年最高性能的超級計算機處理能力的50倍，相當(dāng)于10億臺個人電腦。

1999年發(fā)布SKA的研究目標(biāo)后，科學(xué)界與工程界就一直在研究技術(shù)的實現(xiàn)方案。在國際SKA組織（SKAO）協(xié)調(diào)下，20多個國家的67個科研機構(gòu)圍繞著十大工程領(lǐng)域，形成十個工作包聯(lián)盟。

各工作包聯(lián)盟向SKAO提交研究標(biāo)書，經(jīng)五個月的審核，2013年11月，SKAO與十個工作包聯(lián)盟分別簽署研究協(xié)議。今年，工作包聯(lián)盟和各科研機構(gòu)之間，要簽署研究協(xié)議的子工作包。

“都是‘自帶干糧’，參加研究?！眳⑴cSKA項目的中科院國家天文臺研究員彭勃對《財經(jīng)》記者說：“在研究準(zhǔn)備階段，SKAO不出錢，各個合作機構(gòu)對自己的子工作包，承擔(dān)義務(wù)、自出經(jīng)費。”中國已經(jīng)參與了反射面天線、孔徑陣列、科學(xué)數(shù)據(jù)處理中心、寬頻帶大視場接收機、信號傳輸?shù)攘鶄€工作包聯(lián)盟。

直到十個工作包的研究做完，才能制定SKA的最終技術(shù)與工程標(biāo)準(zhǔn)。畢竟，SKA數(shù)量巨大，要在工程上能夠達到低成本、大批量生產(chǎn)，并且還要匹配相應(yīng)的信號傳輸與處理設(shè)備。

各國的政治家們曾經(jīng)把開建時間定為2016年，然而，目前的研究進度已然滯后，2015年3月，將明確具體的科學(xué)目標(biāo)，隨后，將制定細化的技術(shù)指標(biāo)。因此，科學(xué)家們普遍認為，2018年能開展一期工程就不錯了。一期工程為期四年，占工程量的10%，隨后是再追加六年的二期工程。

政治荊棘

科學(xué)家們還要克服橫亙在工程面前的政治荊棘。

SKAO是一個在英國注冊的非營利性公司，這不但使得一些會員國不滿，而且會對設(shè)備進出口直接造成關(guān)稅成本。一位外交人員對《財經(jīng)》記者透露，目前談判的一個重要目標(biāo)就是SKAO的法律屬性，是否要變成一個國際政府間組織。但如果這樣，就要再通過相關(guān)會員國立法機構(gòu)的批準(zhǔn)，亦需要時間。

出資、知識產(chǎn)權(quán)以及科研時間分配，是各國關(guān)注的焦點。而外交談判的籌碼，就是各國的科研實力。以多國合作的大型科研項目——“人造太陽”項目為范本來看，在項目建設(shè)之前的知識產(chǎn)權(quán)，屬于各個機構(gòu)自己的；而項目建設(shè)之后的知識產(chǎn)品，則是成員國共享。那么，這就意味著建設(shè)前各個國家為自己置辦的“嫁妝”越多，也越能保障自己在“夫妻共同財產(chǎn)”上不吃虧。

在出資金額和科研時間的分配上，亦存在不同的比例關(guān)系。2007年時，SKA的建造估價為15億歐元，由十個會員國聯(lián)合籌資。然而，目前的估價已攀升至40億歐元，其中第一階段為6.5億歐元。

“就以往經(jīng)驗來看，基本上是內(nèi)外1∶1的配比，也就是說對外投資4億歐元，對內(nèi)研發(fā)配套資金也得達到4億歐元，才能把一個大科學(xué)項目做好?！迸聿f。

2014年3月，英國教育和科學(xué)部部長威利茨（David Willetts）宣布，英國將為SKA第一階段建設(shè)投資1億英鎊。中國至今對SKA的總投入為5000萬元。

出于提振本土產(chǎn)業(yè)的考慮， MeerKAT的天線設(shè)計、生產(chǎn)和運營標(biāo)的，并沒有給參與競標(biāo)的中國電子科技集團第54研究所（下稱54所），而是給了南非本土的競標(biāo)者。南非SKA項目的電子工程師開普（Francois Kapp）對《財經(jīng)》記者說：“至少有75%的組件都是在南非當(dāng)?shù)厣a(chǎn)。通過那些巨頭再分包給本土的供應(yīng)商，這樣就可以通過政府的科研資金，提高南非在這個領(lǐng)域的整體技術(shù)與制造水平?！?/p>

幸好，SKA的臺址不止南非一家，澳大利亞也開展了自己探路者項目ASKAP——36座口徑為15米的反射面天線組成的陣列。54所順利中標(biāo)，并在2012年完工，于2014年4月產(chǎn)生第一組科學(xué)數(shù)據(jù)。

54所并非一個人在戰(zhàn)斗，它的身邊站著中科院。

早在1993年，SKA科學(xué)概念誕生伊始，中科院便參與其中。并且于1994年提出，在貴州眾多喀斯特洼地群，建設(shè)大射電望遠鏡陣列——KARST。隨后，北京天文臺提出，建設(shè)KARST的先導(dǎo)項目500米口徑的反射面射電望遠鏡，即：FAST，它可以獨立于SKA開展射電天文觀測。

中國在2004年也一度提出，以FAST申請SKA。雖然它的口徑將是世界第一，但是它是單孔徑望遠鏡，屬于小視場高靈敏度望遠鏡。視場大小和靈敏度高低，在技術(shù)上只能取一頭，中國和澳大利亞在技術(shù)路徑上就截然不同。

因此，當(dāng)國際射電天文界明確，大數(shù)量小口徑的組陣為SKA工程概念的優(yōu)選方案；并且將其工作頻率上限提高3倍、陣列基線長度擴大10倍時，中國方案就被淘汰出局了。

同時，考慮到最終確立的兩個臺址都在南半球，而中國處在北半球，共視天區(qū)有限，難以完成SKA預(yù)定的射電巡天范圍。FAST也就不再是SKA的一部分。

不過，此時恰逢央企頻頻試水走出去，在海外進行工程承包，科學(xué)工程亦在其中。54所對南非和澳大利亞的探路者項目，都顯示出極大的熱情。但是它在天文領(lǐng)域經(jīng)驗不足，便找到了國家天文臺。不到半年，雙方就在2010年1月成立了聯(lián)合實驗室，參與SKA科學(xué)工程包聯(lián)盟。

54所順利建成澳大利亞項目之時，國務(wù)院授權(quán)科技部代表中國加入SKA建設(shè)準(zhǔn)備階段，并組成部際協(xié)調(diào)小組。然而，就在政治意愿和組織構(gòu)架均成體系之時，中國射電天文學(xué)的人才和技術(shù)儲備不足的問題便凸顯出來?！拔覀儾荒芙oSKA投了錢，但沒人會用?！迸聿f。

現(xiàn)在，中科院聯(lián)合國內(nèi)射電天文學(xué)界，起草中國的SKA國家研究戰(zhàn)略報告，從而申請SKA國家財政專項。這筆資金預(yù)計將達20億元至30億元，將用于在中國建造SKA驗證系統(tǒng)、SKA大數(shù)據(jù)中心以及學(xué)科團隊建設(shè)。

南非和中國這兩個發(fā)展中國家積極參與SKA，亦是希望以此拉動各自在天文、技術(shù)、工程和制造業(yè)水平的跨越式發(fā)展。

據(jù)多位接近政策人士向《財經(jīng)》記者透露，這項國際大科學(xué)工程，也是每年金磚峰會領(lǐng)導(dǎo)人在科技合作問題上的必談話題。

若相關(guān)成員國的政府科研資金到位，興奮的不僅是學(xué)術(shù)界，更是產(chǎn)業(yè)界。除了無線電、衛(wèi)星通訊行業(yè)，Intel、IBM以及AMD等芯片生產(chǎn)商，均把目光盯在SKA身上。甚至，Intel已經(jīng)與南非SKA項目合作，開發(fā)教育用途的低成本、低能耗的小型個人電腦——Egg Box PC項目。

“我們看中的是整個信息行業(yè)?！蹦戏荢KA項目的商業(yè)開發(fā)經(jīng)理卡拉（Carla Sharpe）對《財經(jīng)》記者說，“單單是全球智能城市建設(shè)，就在2010年帶來了1000億美元的市場。你可以想象，SKA光是把信息傳輸這一項分支技術(shù)，落地為非洲的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)，就能帶來多少市場空間？”

不論各成員國在SKA的談判中，如何明爭暗斗，正如SKA董事會主席沃莫爾斯利（John Womersley）所說：“贏者，是科學(xué)?！?/p>