多国合作研发下一代巨型光学红外天文望远镜

多国合作研发下一代巨型光学/红外天文望远镜 -我国的机遇与抉择

一、揭示宇宙奥秘的利器 望远镜用于天文观测，极大地扩展了人类的视野，并深刻地改变了整个人类的宇宙观。望远镜技术上的突破，带来了一次又一次天文学的重大发现和人类对宇宙认识能力的提高。

进入新世纪以来，宇宙起源及其结构形成、暗物质和暗能量的本质、寻找太阳系外行星生命系统等前沿课题已成为当代自然科学最重要的基本问题，天文观测又一次成为引导人类知识体系发生深刻变革的突破口。为此，需要集成当代光、机、电等领域最高科学技术成就、研发最先进的技术装备。建造新一代、30米级的巨型光学/红外望远镜已成为国际天文学界的共识。

目前，处于天文科技领域领先地位的美欧科研机构，几经论证遴选，形成了三个不同的技术概念方案，分别进入立项和设计实施阶段，它们是美国的巨型麦哲伦望远镜（The Giant Magellan Telescope, 简称GMT），三十米望远镜(Thirty Meter Telescope，简称TMT)和欧洲巨型望远镜（European Extremely Large Telescope,简称E-ELT）。

二、国家战略发展的必然要求 30米级望远镜的建造是一项复杂的系统工程，涉及到天文学、光学、机电一体化、精密制造、测量和控制等多学科领域，美欧所提出的这三项设计方案，其技术可行性完全建立在已成功建成并运行管理的多台10米级设备的基础之上。联系到我国的具体情况，由于尚无研发10米级大型光学望远镜的技术储备，即使独立同步提出30米级望远镜的概念设计方案，其建设也面临巨大的投资风险，难以避免成为“跟踪型”设备的命运。

大型天文望远镜高昂的建造、管理及运行费用往往难以由一个国家或机构来承担。对30米级巨型望远镜来说，其尖端科技、投资规模以及苛刻的观测台址条件也必然导致国际合作策略，即使美国这样的超级大国也无法举一国之力实现，事实上GMT、TMT和E-ELT这些巨型望远镜均为大型国际合作项目。

我国改革开放近三十年来国力的增强为国际社会所钦佩，我国天文研究和技术水平也有长足的发展，LAMOST和FAST大科学工程受到普遍关注。因此这三个项目主动与我国天文界联系，希望我国成为世界级巨型望远镜的合作伙伴，这也是我国难得的历史机遇。

客观的分析我国在光学设计和制造加工等方面的优势技术领域，如薄镜面磨制（国家天文台南京天文光学技术研究所）、自适应光学（成都光电技术研究所）、机械加工与工艺技术（长春光学精密机械与物理研究所）和红外波段探测器（上海技术物理研究所）等，如果国家能够决策投入相当于目前一个大科学工程的经费体量，如10亿人民币左右，则在这些技术领域，可以组织好一只充分体现我国科技发展水平的“国家队”，以“实物”研发贡献的形式，作为平等的伙伴，参与国际巨型望远镜的设计和建造。这是一项能够惠及我国多领域科技战略发展的重大抉择！

三、参与巨型望远镜国际合作的意义 参与30米级巨型光学/红外望远镜建设，在科学产出、技术提高、人才培养、掌握优秀管理经验等诸方面均利于实现我国天文研究和技术装备建设的跨越式发展，满足国家对发展最先进技术系统的战略需求；通过引进、吸收、消化和再创新，有利于促进和带动我国相关高技术领域的发展。具体来说，其意义体现在一下几个方面：

在学科发展方面，将使我国摆脱由于缺乏大型观测设备对我国天文研究向更高层次发展的制约，在“制高点”上与国际先进水平站在同一起跑线上竞争，在当代天文学和理论物理重要前沿领域（如暗物质和暗能量）取得突破性观测和研究进展。由于30米级望远镜将会在本世纪领先至少三十年，这还将为我国几代天文学家持续成长、跻身国际研究前沿创造有利条件。

在技术发展方面，只要以平等伙伴的形式参与国际巨型望远镜的设计和建造，就可能针对那些焏待解决的、限制我国天文设备研制发展的瓶颈问题（如精密终端设备、探测器件等），在参与国际合作过程中重点学习这些先进核心技术，获得宝贵经验，为我国研发大型光机电一体化尖端装备积累技术和人才储备。

在技术应用方面，作为当今最先进的精密光学机械电子技术的集成，基于30米级巨型望远镜天文观测需求的科技创新和技术改造还将被广泛应用于载人航天、军事探测和医疗设备等高精尖领域。例如，为实现激光导星自适应光学系统，所研发的激光发射望远镜可以作为激光雷达的关键组件，在国防建设（如军事目标的识别、分辨和跟踪，三维军事地理信息系统及定位数据，航天器交会对接等）和国民经济（如资源勘探、农业开发、水利工程、交通通讯、防震减灾等）各个方面发挥重要应用；基于主动光学位相共轭的成像装置适用于计算机人机交换，机器人视觉，集成电路光刻以及光通讯网络等领域；参与红外探测器的研制，有利于突破信息封锁和技术壁垒，在高精度巡航导弹、导弹的预警与拦截、夜视导航与侦察、卫星气象预报、资源遥感勘察、医学成像诊断等关乎国计民生的战略领域取得突破性进展，打破西方发达国家的技术垄断。

在目前国际政治、经济形势下，世界格局正处于从一极向多极过渡的时期，美国也悄然完成从“硬实力”到“巧实力”的战略转变，亚太地区必然成为国际政治力量与我国“软实力”博弈的焦点。目前，已决定参与30米级巨型望远镜国际合作项目的国家既包括美国、德国、英国等传统经济、科技发达西方国家，也包括日本、澳大利亚、韩国等亚太近邻。参与该项重大国际合作项目，与我国作为“区域大国”的政治、经济地位是相称的。自然科学研究，厚积薄发, 巨型望远镜项目将全世界技术、资金、台址资源进行最优化整合与配置，成为负责任的利益攸关者和建设性合作者，参与国际合作，为世界文明进步、为全人类谋福祉，也是我国作为大国的责任。投资于包括天文学在内的基础研究，可以充分体现党中央、国务院把教育、科技置于优先发展的战略地位，有效抵制、反驳西方敌对势力“妖魔化中国”的论调，这是与我国实现和平崛起、跻身“世界强国”的战略目标相一致的。

四、推进工作的进展情况 2008年5月，中国科学院基础科学局、国家自然科学基金委员会数理科学部和中国天文学会联合成立了“天体物理发展战略专家委员会”，负责遴选、推荐“十二五”大科学装置，制定中国天文学中长期发展目标和远景规划。“天体物理发展战略专家委员会”在听取了下属工作组的调研报告、并广泛听取国内外专家的意见后，经过讨论，认为无论从科学层面、技术层面和运行管理层面考虑，参与30米级巨型光学/红外望远镜项目国际合作均不失为一种迅速缩小我国与国际先进水平差距、乃至取得国际领先地位的有效途径，并于2008年7月将 “参与巨型光学/红外望远镜国际合作”列为我国在“十二五”启动的天文大科学装置的两个推荐项目之一。

2008年12月，由中国科学院国家天文台、长春光学精密机械与物理研究所和成都光电技术研究所的领导和专家成立了“三十米巨型望远镜国际合作工作推进委员会”，负责对GMT、TMT和E-ELT三个项目进行深入接触和考察研究，对我国加入这些项目的可行性、方式方法以及可获得的技术、管理经验、平等权利等进行多方面论证探讨。

2009年1月，中国天文代表团访问美国，先后与主持GMT项目的卡内基天文台和主持TMT项目的加州理工学院及加州大学举行了座谈，深入了解和交换了双边合作意向。在此过程中，会见了著名美籍华裔科学家，加州大学圣芭芭拉分校校长杨祖佑教授（Henry Yang），他目前担任着TMT项目的董事会主席职务。他对中国参与TMT项目给予了巨大的期望，因为他深切体会到美国天文学发展在社会影响方面的作用与效益，认为经济不断发展的中国，参与国际大科学工程项目，对中美双方来说，是一项“双赢”的策略。

2009年2月，“天体物理发展战略专家委员会”审议了《关于中国参与下一代巨型光学/红外天文望远镜国际合作项目的评估报告》，对GMT、TMT和E-ELT三个项目进行了对比分析，包括科学目标、技术特点和风险、科学和技术的参与程度、投资份额、我国参与的权利与义务、其它优惠条件以及我国参与的整体风险分析。鉴于TMT在概念设计、技术准备和资金筹划等方面进程更为科学、明确和成熟，参与的投资风险最低，“天体物理发展战略专家委员会”一致同意推荐TMT作为我国参与下一代巨型光学/红外天文望远镜的首选项目，同时建议由中国科学院国家天文台牵头，联合国内有关单位，立即与TMT项目理事会进行正式谈判，进一步具体细化合作内容；并立即着手起草合作意向书。意向书要保证我国获得最大国家利益，承担最低风险，起草过程要充分听取各方面意见。委员会强调，参与下一代巨型光学/红外望远镜国际合作是关系到我国21世纪天文学发展的重大战略决策，是本世纪一次不可错过的机会，对我国天文学以及其他相关科学与技术的发展具有深远的影响！我们要团结一致，以集中力量办大事的精神，争取一切资源，克服包括科研体制在内的各种困难，去实现这一目标!

综上所述，参与30米级巨型望远镜国际合作是一次跨越式全面提升我国科学和技术水平乃至大国地位的难得机遇，具有长远战略意义。30米级巨型望远镜项目在合作时机上十分紧迫，机会稍纵即逝，尽早介入有利于获得的更大的主动权、决策权、发言权，更多的核心技术研究参与机会，以及更高的投资效益。为抓住这一重要机遇，实现以全球最先进科技资源为依托，我们呼吁国家有关部门尽早批准开展这一项目的国际合作。

中国科学院国家天文台 2009-3-3