金秋時節——10月9日,我國成功發射了“夸父一號”先進天基太陽天文&衛星,實現了我國綜合性太陽探測專用衛星“零”的突破。章劍華以最快的速度,第一時間采寫了報告文學作品《逐日之旅》,並在《中國作家》雜誌全文發表。
《逐日之旅》是章劍華正在創作的長篇紀實文學《向蒼穹——中國天文事業發展三部曲》的一個章節,重點記敘了我國太陽空間探測的發展歷程和“夸父一號”首席科學家甘為群“追逐太陽”的奮鬥事跡。
逐日之旅
-- 章劍華 --
第一章
2022年國慶長假後的第二天——10月9日,人們還沉浸在節日的歡樂和喜迎黨的二十大的熱烈氛圍之中。就在這一天,中國第一顆綜合性太陽探測衛星——“先進天基太陽天文&”在酒泉衛星發射中心發射升空。
酒泉,位於祁連山腳下的遍及萬里的巴丹吉林大漠之中。在過去,這裡是一個很少有人涉足的遙遠的神秘王國。相傳,漢朝將軍霍去病帶兵出征匈奴,大獲全勝,凱旋後駐軍河西一帶。漢武帝為了獎賞他的功勞,特頒賜禦酒一壇。霍去病為了和將士們共慶勝利,便將這壇禦酒傾倒於山泉之中,爾後與眾豪飲。後來當地百姓為了紀念這位能徵善戰又體恤部下的英雄,便將此地稱為“酒泉”。東晉的高僧法顯在《佛國記》裏,對此曾有過這樣的文字記載:“上無飛鳥,下無走獸,遍望極目,唯以死人枯骨為標誌幟耳!”19世紀末,瑞典探險家斯文·赫定一踏進這片大漠的邊緣地帶時,也曾發出過驚恐的悲嘆:“這裡不是生物所能插足的地方,而是死亡的大海,可怕的死亡之海!”
酒泉無酒,死海不死。如今,酒泉名聞遐邇,享譽海內外。在這裡,建成了我國第一個衛星發射中心。
中國走向太空的第一步,就從這裡開始!自1970年4月24日“長征一號”運載火箭成功發射中國第一顆人造地球衛星“東方紅一號”以來,酒泉衛星發射中心先後執行110次航天發射任務,成功將145顆衛星、11艘飛船、11名航天員送入太空。
四個月前,搭載神舟十四號載人飛船的長征二號F遙十四運載火箭在這裡點火發射,約577秒後,神舟十四號載人飛船與火箭成功分離,進入預定軌道,發射取得圓滿成功。
四個月後,人們的目光再次聚焦在這裡——
金秋的十月,酒泉的天空,像玻璃一樣明亮,又像大海一樣湛藍。
衛星發射場上,乳白色的長征二號丁運載火箭載着“先進天基太陽天文&”(以下簡稱“ASO-S”)衛星,昂首挺立在高高的發射架上,就像一位遠征的使者,整裝待發。
“1分鐘準備!”7時42分35秒,發射指揮長下達了最後一個預備口令。
發射的時刻終於到了。在現場的該衛星首席科學家甘為群與在場的每一個人臉上顯露出神聖而凝重的表情。
“10、9、8、7、6、5……點火!”隨着這洪亮的聲音,7時43分35秒,操作員快速準確地按下了發射控制&上的點火開關。
霎那間,大漠震顫,地動山搖。7時43分39秒,巨大的火箭噴吐着橘紅色的火焰,在山呼海嘯的轟鳴聲中拔地而起,直衝蒼穹。
火箭快速地向東南方向飛去,漸漸消失在人們的視線中。
“夸父一號”發射現場
在發射中心控制室裏,嗒嗒,嗒嗒……測儀燈光在不停地跳躍着,即時捕捉着火箭的飛行軌跡。
愛因斯坦這樣説過:一個男人與美女對坐1小時,會覺得似乎只過了1分鐘;但如果讓他坐在火爐上1分鐘,卻會覺得似乎過了1小時。是啊,此時此刻,不要説1分鐘,就是1秒鐘,甘為群與他的同事們都覺得是何等的漫長!
13分鐘後,指揮所高音喇叭傳來消息:“星箭分離!”
15分鐘後,指揮所高音喇叭再次響起:“衛星太陽能帆板打開。衛星入軌!”
17分鐘後,衛星發射中心鄒利鵬司令員以洪亮的嗓音宣布:“本次衛星發射圓滿成功!”
現場的所有人員不約而同地歡呼起來。
幾乎在同時,央視新聞客戶端發布消息:
北京時間2022年10月9日7時43分,我國在酒泉衛星發射中心使用長征二號丁運載火箭,成功將先進天基太陽天文&衛星發射升空,衛星順利進入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。該衛星主要用於太陽耀斑爆發和日冕物質拋射與太陽磁場之間的因果關係等研究,並為空間天氣預報提供數據支持。
此次任務是長征系列運載火箭的第442次飛行。
這一刻,標誌我國自行設計製造的“ASO-S”衛星正式進入太空運行,實現了我國太陽專用綜合探測衛星“零”的突破——中國人在逐日之路上跨出了可喜的一步。
這一刻,對於中國天文工作者來説,是值得高興與慶賀的。他們在用最新的天文科學成果,向黨的二十大獻上一份厚禮!
作為這顆衛星的首席科學家,甘為群更是激動不已,感慨萬千。
怎麼不激動、不感慨呢?“ASO-S”衛星從地面升空到進入運行軌道,僅僅用了幾分鐘的時間,而中國天文人卻為此盼望和奮鬥了近半個世紀,經歷了艱難而曲折的逐日之旅。
科學家畢竟是科學家。甘為群內心的激動並沒有溢於言表,他避開人群,獨自走出控制室,來到發射場的曠野中,仰天凝神,思緒若即若離,穿越時光的隧道,飛回了過去的那些歲月。
甘為群
第二章
甘為群生不逢時,出生於我國三年困難時期的1960年,那時他家已家道中落。其祖上是南京赫赫有名的望族——甘家。如今南京城內留存的“甘家大院”又稱“甘熙故居”,是由甘熙的父親甘福開始建造的,後來甘熙又續建、擴建。當時清朝的定規是民間住宅造屋不能超過一百間。據説天帝的房子有一萬間,皇宮是九千九百九十九間半,王公勳爵的住宅是九百九十九間半,民居便只得九十九間半了。作為曾國藩同科進士的甘熙曾在京做官,深知此事關係重大,所以未敢建滿百間,只建九十九間半,那半間是一個四面皆窗的樓閣。
甘為群是甘家的第28代,他出生時,甘家大院早被收購為國家所有,他家就住在狹小的平房裏。由於家庭成分不好,父母親終日膽戰心驚、悶悶不樂,顧不上孩子。他懂事後,時常被驚慌和迷惘所籠罩,沒有享受過多少童年的快樂。在他的印象中,小時候住過的房間很小,但東西兩側竟各有一個小窗戶,早晨能看到日出,晚上能看到日落。這是他一天中最開心、最陽光的時刻。
七周歲那年,他上了大行宮小學。這小學來頭不小,位於南京市主城中心地帶的大行宮。清代康熙帝六下江南時,四次居住在當年的江寧織造府,因此就把江寧織造府所在地稱為大行宮。大行宮小學被認定為曹雪芹故居的一部分。故居裏標誌性的那棵古木——龍爪槐,就在校園的國旗旗桿旁邊。那棵龍爪槐很古老,樹榦是灰褐色的,很粗糙,佈滿了褶皺;樹榦上有許許多多的小樹杈,虬曲着向地面生長,像一隻只龍爪,遒勁而豐潤,頗有種昂揚又謙遜的派頭。
雖然是在那個“極左”的年代,但語文老師在課堂上,還是經常會提及這棵古樹和《紅樓夢》,講曹雪芹與大觀園的故事。同學們聽得津津有味,而甘為群似乎對此並沒有多少興趣,不想聽。有一次,老師偶然講起了夸父逐日的故事,這一下子把他吸引住了。
老師説,相傳在遠古的黃帝時期,有一年天氣非常熱,火辣辣的太陽直射在大地上,烤死莊稼,曬焦樹木,河流乾枯。人們熱得難以忍受,一個叫夸父族的族人紛紛死去。首領夸父看到這種情景很難過,他仰望著天空道:“太陽實在是可惡,我要追它,捉住它,摘下它,讓它聽人的指揮。”於是他開始追逐太陽。
教室裏一下子炸開了鍋:能追上太陽嗎?不可能吧?太陽怎麼能摘下來呢?
甘為群不説話,他似乎是相信的。他急等着老師往下説。
老師讓大家安靜,繼續説道,夸父真的去追太陽了。太陽在空中飛快地移動,夸父在地上如疾風似的,拼命地追呀追。他穿過一座座大山,跨過一條條河流,大地被他的腳步,震得“轟轟”作響。説到這裡,老師停頓了一下,然後問,你們説夸父能追上太陽嗎?
同學們都瞪大眼睛,不知怎麼回答。過了一會兒,一位同學舉手説,太陽那麼遠,又跑得那麼快,是不能追得上的。
“能!一定能!”甘為群霍地站起來高聲作答,引得同學一陣唏噓。
老師笑了。他説,甘為群同學説對了。經過九天九夜,在太陽落山的地方,夸父終於追上了太陽。他無比歡欣地張開雙臂,想把紅彤彤、熱辣辣的火球抱住。可是太陽熾熱異常,夸父感到又渴又累,就跑着去找大澤裏的水解渴,但大澤太遠,夸父還沒有跑到大澤,就在半路上被渴死了。
同學們都露出惋惜的神情。老師問大家,你們覺得夸父的做法對不對呢?值得不值得這樣去做呢?
這下同學們嘰嘰喳喳議論開了。有的説對,有的説不對。有位同學的回答獲得了大家的讚同,他説,夸父的做法是對的,但不值得去做,因為那樣做就是雞蛋碰石頭,等於去送死。
唯有甘為群又出來唱反調:“我説夸父不但做得對,而且非常值得!”
“值得去送死嗎?”同學們轟的一聲大笑起來。
甘為群的臉漲得通紅,説不出話來。老師打圓場道,大家不要笑話甘為群同學,我講這個故事給你們聽,就是鼓勵你們從小立下志向,將來做一個追趕太陽的人。
就在那一年,有一件事讓小小的甘為群終生難忘:一天晚上,外面一片熱鬧,人們都在仰頭觀看我國第一顆人造地球衛星“東方紅一號”經過南京的上空,大喇叭同步傳來悅耳的東方紅樂曲。甘為群和大家一起沉浸在歡樂的海洋中。冥冥之中,在他的心裏埋下了與衛星結緣的種子。
幾年後,甘為群從大行宮小學畢業,升入南京市25中學,初高中都在這裡就讀。他長大成人,刻苦學習,在南京市首屆物理競賽中獲得了前十名的好成績,並代表南京市參加省級競賽。高中畢業時,已是恢復高考的第三年。他一直沒有忘記小學語文老師的那句話,做一個追趕太陽的人,在填報志願時他毅然選擇了南京大學天文係,終以優異成績如願以償。
第三章
甘為群是幸運的。他一踏進南大的校門,居然就與太陽“結緣”了。
南京大學天文係始建於1952年,是中國高等院校中歷史最悠久的天文學專業院係,號稱中國天文學頂尖人才的搖籃,當時擁有中國唯一的天文學一級重點學科和一批高水平的天文學專家學者。
開學第一週的周末,方成老師為天文係的新生作了一次講座。就是這次講座讓甘為群對太陽有了全面的認識——
太陽,是與我們關係最密切的一顆恒星,也是唯一一顆可以詳細研究的恒星。它為我們帶來了光明和溫暖,也對地球産生重大影響。億萬年以來,太陽一直無私地為地球提供光和熱,讓我們擺脫了黑暗和寒冷。正是太陽促進了地球生命的誕生。人類自誕生之日起,就沐浴在陽光下,享受着太陽的光明和溫暖。正如高爾基所説,人類一切美好的東西都來自太陽之光。
然而,地球上不止有風和日麗,偶爾也會有狂風暴雨,甚至會發生火山、地震和海嘯等惡劣自然災害,直接威脅到我們的生存。同樣,太陽作為太陽系的絕對王者,其直徑是地球的109倍,重量是地球的33萬倍。相比地球,太陽不僅是慈祥的太陽公公,有的時候他也會變得暴躁易怒,發起脾氣來可不得了。
翻開人類的歷史,像這樣的太陽風暴和對地球的影響,有過許多的記錄。它雖然不會直接傷害地球上的生命,甚至無法吹跑我們頭上的帽子,但能影響甚至破壞我們的生活。科學家們預測,太陽活動11年周期所産生的劇烈爆發,都將嚴重影響近地空間環境,甚至有可能徹底摧毀現代化的基礎設施,包括衛星、電力供應、無線電通訊、衛星通訊和電力傳輸等。可見,太陽風暴和空間天氣,並不只是科學家們關心的自然現象,而是與日常生活息息相關。不管是從天文學的角度去探尋恒星奧秘,還是從實際生産生活的角度來講,對太陽開展系統深入的觀測都十分必要。
聽完講座,方成老師又帶着新生們參觀了學校剛剛建成的太陽塔,並親自作了介紹。
1980年,南京大學太陽塔
太陽塔是塔式太陽望遠鏡的簡稱。世界上最早的太陽塔是美國著名天文學家海耳在1908年率先建成的。這種裝置是在塔的頂部安裝一組定天鏡,將太陽光垂直向下反射,使之進入太陽光譜儀等光學系統再進行觀測。這能大大減弱地面上升熱氣流對觀測帶來的不良影響,因而大大提高太陽觀測的質量。在海耳這一開創性工作之後,世界許多國家的天文&紛紛建造了太陽塔,然而中國直到20世紀50年代卻還沒有一座太陽塔。
直到1958年,南大天文係才提出建造中國第一座太陽塔。但由於遇上國家經濟困難和文化大革命,太陽塔研製計劃被擱置起來。到了1973年,大學校園逐漸走向正常,天文係決定重啟太陽塔研製計劃,並任命方成為太陽塔研製組組長。在進行大量調研的基礎上,進行了太陽塔的深化設計,並經多方實地考察,最終選定中山陵孝陵衛林園區的一塊地方作為建太陽塔的地址。
方成帶領天文係的20多位教職工,克服資金不足、交通不便、人手不夠等困難,組織和參與基建工作,先後花了6年的時間,於1979年初才完成太陽塔主體工程,接着又開始太陽塔的光機電總裝,到了這年9月終於建成。塔高21米,採用雙層塔結構及獨特的三片式圓頂,望遠鏡由定天鏡系統、成像系統和電路控制系統組成。投入初步使用後,得到了太陽像和太陽光譜。
聽了關於太陽的講座,參觀了昂首蒼穹的太陽塔,甘為群大開眼界,對太陽的“感情”更深了,便暗自許下終身——把專業方向重點放在太陽的觀測與研究上,圓自己少年時期的夢想——做一個追趕太陽的人。
小時候,甘為群有些懶散,母親常常這樣説他,太陽曬在屁股上也不肯起床。這是真的,他住的那個小房間,到上午七八點鐘的時候,陽光照射到他的床上,暖洋洋的,他總是懶在床上想多睡一會兒。
而現在不一樣了,學生宿舍裏照不到太陽,他也用不着等太陽,每天一大早就起床,來到學校的一塊草坪上,天還沒亮的時候,他就先背英語單詞。天微亮以後,他就開始看書,一直看到太陽從東方升起,便徑直去食堂吃早飯,然後聽課、聽講座、去實驗室,上圖書館,晚上十點左右到宿舍休息。整整四年,周而復始,除了周日,他都這樣度過,像蜜蜂貪饞地吸飲於百花叢中,像雄鷹自由地翱翔於浩瀚蒼穹,如饑似渴地學習各種知識,以優異成績完成了大學本科的學業。
機遇往往就是巧合,巧合往往就是機遇。就在甘為群大學本科畢業的時候,方成結束了在法國巴黎天文&兩年多的進修,回到南大,意氣風發地投入教學與科研。甘為群考上了他的碩士研究生,成為方老師的大弟子。方成治學嚴謹,教學認真,儘管只有兩個學生,還是堅持每週面對面授課,從原理闡述、公式推導,到具體的數值計算方法及課堂討論,方老師的言傳身教使甘為群終身受益。在進入碩士論文研究階段,方老師雖然工作十分繁忙,但雷打不動堅持每週一次論文進展討論。1983年,我國第一次在昆明召開了國際太陽物理大會,方成帶着甘為群一起參加了這個有國際眾多著名太陽物理學家出席的盛會,許多原來只是停留在文獻中的名字突然活生生地呈現在甘為群的面前,讓他大開眼界!他也因此認識了不少國際天文學大家,他後來博士論文選題正是來自參加這次會議的靈感。
三年之後,也就是1986年,方成升任教授兼博士生導師,甘為群在提前完成碩士論文並在國際核心刊物發表後,順理成章地成為方成的第一位博士生,從此,甘為群追隨他的導師(方成1995年當選為中科院院士)——著名天體物理學家、太陽觀測與研究的領軍人物,正式踏上了漫長的逐日之路。
方成與別的專家教授不一樣,特別注重理論與實踐相結合,特別注重動手能力的培養。他自己就是一個動手能力特別強的人,親手做天文望遠鏡,親自參與太陽塔的設計和建造,孜孜不倦地進行太陽的觀測,認真仔細地進行數據處理和科學研究。這一期間,他和他所領導的團隊創造性地開展了許多出色的研究工作:建立了白光耀斑、日珥、譜斑和太陽黑子乃至微耀斑和“埃勒曼炸彈”等的半經驗模型,被國際上廣泛應用;首次提出了利用電離鈣K線的光譜診斷方法;研究了耀斑發生時氫的非熱電離和激發效應,提出了由光譜診斷耀斑非熱高能粒子的方法……
從碩士到博士,甘為群慢慢成為方老師團隊的重要成員。老師的傾心傳授、研究理念和科學態度對他影響極大,堅定了他將太陽物理研究作為自己終生事業的信心。他在刻苦學習的同時,尤其注重自己觀測能力與動手能力的培養,而太陽塔為他提供了最好的實踐&&。碩博期間,他成了太陽塔的常客。南大與太陽塔之間有近20公里的路程,而學校到那邊坐公共汽車不方便,中途還得走一大截,路上需要近2個小時。甘為群一大早起床,披着晨光,踏着早露,迎着霞光,快步前往,以便趕在旭日東昇前到達,跟着導師開始一天緊張的觀測工作,待太陽落山了,他不肯立即離開,而是用計算機進行各種計算。要知道,這&天文係僅有的計算機,是他的導師方成,在國外考察與講學期間,用自己省吃儉用下來的錢購買回來的,放在這裡供大家使用。當時很少有人會用計算機,而甘為群用得非常熟練,而且幾乎成了它的管理員。當時還是Basic語言,甘為群碩士論文涉及的非局部熱動平衡計算程序的早期調試,就是在上面進行的,枯燥無味的數據通過計算機的計算,變得如此奇妙,幫助他一步一步向着既定的目標邁進,一點點撩開蒼穹的面紗。
轉眼間,就到了撰寫博士論文的時候了,他確定的論文題目是《耀斑大氣半經驗和理論模型》,這既要運用天體物理的相關知識,更需要有大量的觀測依據。有段時間,他幾乎天天往返於學校與太陽塔之間,好在那時太陽塔又新添了一些新的更為先進的觀測儀器和計算機,但是,天公不作美,在太陽觀測的最佳季節裏,南京的天氣卻一反常態,連續陰雨天,太陽遲遲不肯露面,這急煞了甘為群。無奈之下,他與太陽塔的工作人員商量,能否讓他臨時在這裡住下來,一邊寫論文,一邊等待天氣的好轉。工作人員被這位勤學苦幹的學生所感動,加之長期交往結下的情誼,便同意了他的請求,給他安排了住宿,並讓他一起搭夥吃飯。
他把自己關在一間小屋裏,説來也巧,這間小屋,居然與自己小時候住的那個房間大小差不多,也是東西各一個小窗戶。這熟悉的環境和簡陋的條件,反倒是對他莫大的激勵!他晝夜不捨,潛心思考,精心運算,常常廢寢忘食,把全部精力與心智通通用於論文寫作,成了踽踽獨行、形單影隻的畸零人。他的思想卻翱翔於萬里長空。蒼穹裏,孤雁高飛。
有一天,一名工作人員發現甘為群一天沒有到食堂吃飯,便去找他。推開小屋一看,只見他趴在桌子上,便上前叫喚他,用了很長時間才叫醒他。原來,連續幾天的熬夜,大腦皮層過於興奮,導致他進入了深度睡眠模式。
天若有情天亦晴。也許是老天爺被他的精神所感動了,天氣很快放晴了。雨過天晴,天高雲淡,陽光明媚,這給甘為群帶來極好的觀測機會。一週下來,他獲得了大量的太陽觀測數據,有些數據是平時用很長時間也難以觀測到的。這給他的博士論文增添了價值很高的第一手資料。這是老天的饋贈,他倍感幸福。
之後,天文係和南大計算中心的計算條件有了很大改善。甘為群博士論文研究也進入到理論分析和計算的階段,他先後轉戰天文係計算機房、南大計算中心的機房、紫金山天文&的機房。當時的上機費很貴,方老師給甘為群提供了大量寶貴的科研經費。
經過長時間的努力,他寫出了厚達一百多頁的長篇論文。在論文的結尾處,他鄭重地加上了一句話:我要做一個追趕太陽的人。
方成老師仔細地閱讀了他的論文原稿,看出了文章中的勃勃生機和奇異光彩,但還是檢查了又檢查,核對了又核對,提出具體的修改意見。博士論文答辯時,甘為群的闡述獲得一致好評,答辯委員會主席陳彪院士評價説:這是一篇不可多得的既充滿理論思維又具有觀測依據的紮實論文。甘為群成為南大天文係培養的第一個天體物理博士。他的博士論文後來發表在美國《天體物理雜誌》上,開南大博士學位論文在該雜誌發表的先河。
一天,方成把甘為群叫到自己的辦公室,充分肯定他碩博期間的學習研究成果,並告訴他,我準備向系裏申請,把你留下來。
此時此刻,甘為群的心情無法用言語來表達,前者讓他興奮不已,後者讓他激動萬分!
第四章
然而,不然!這次他遇到了人生的第一次挫折。由於天文係的教師指標一時批不下來,他留校的希望落空了。方成對此很是惋惜,甘為群更是一片迷茫。
迷茫之際,方成告訴他,紫金山天文&的空間天文實驗室前途無量,建議他去找一下張和祺&長。
張和祺,太陽物理學與空間天文學家。早期從事太陽物理研究,主要研究方向是太陽耀斑現象的儲能、發生機理及高能物理過程。他最早在國內開展太陽耀斑光譜光度分析研究,建立了耀斑光度及其運動的聯合跟蹤測量法。他曾觀測到百年罕見的太陽特大爆發的氫Hα光譜序列而引起國際同行關注。1982年,根據美國愛因斯坦衛星的空間探測數據,他提出了射線類星體內光度與紅移的關係,其分析結果已為國外學者所採用和推廣。1989年,他從美國SMM太陽峰年衛星數據中發現了太陽耀斑第二次高能釋放現象——太陽射線暴。他還全力推進中國空間天文學的建立,在紫金山天文&創立了以高能輻射探測為主體的空間天文實驗室。
在一個周日的上午,甘為群帶着忐忑的心情摸到張&長位於南京峨眉路的家。沒等甘為群開口自我介紹,張和祺便熱情道:“方成老師向我推薦了你,我們正需要你這樣的專業人才。你就到這裡來吧!”
甘為群很是意外,他沒想到方老師事先已經&&過張&長,更沒想到張&長二話沒説就接收了他。他原先準備好的自我介紹用不上了,不知説什麼是好。
“我不僅知道你的名字,還看過了你的論文。”張和祺説,“你研究的方向就是我們空間天文實驗室的重要課題之一。你到這裡來是有用武之地的。”
甘為群訥訥道:“我在空間探測方面,基本還是空白。”
張和祺鼓勵道:“空間探測是手段,你已經做出了很好的研究成果,基礎紮實,經過進一步的研究積累,反過來提出空間探測項目才更加具有科學含金量,我們對你抱有很大期望。”張和褀又説,“尤其是你在論文結尾處加的那句話,做一個追趕太陽的人,看似多餘,卻打動了我。”
“這是我少年時期立下的志向。”甘為群心情放鬆下來,&&道,“我一定會不辜負方老師和您的期望,努力往太陽空間探測這一新的方向上靠。”
“我們正是這樣期待你的。”張和祺乾脆直接問,“你準備什麼時候來上班?”
甘為群不假思索地問:“下周一可以嗎?”
“可以!”張和祺笑了,“你真是一個追趕太陽的人。不過,入職手續不會那麼快。這樣吧,你可以先來上班,明天我讓人帶你先參觀一下紫金山天文&。”
就這樣,1989年6月,甘為群成為了紫金山天文&的一員,被安排在空間天文實驗室,擔任助理研究員。當時,他是紫&新生代中唯一的博士。
紫&的空間天文實驗室是在1976年成立的。那時國家完成“兩彈一星”任務,科學界提出“兩星一站”計劃,其中的一星就是指“天文一號”衛星。這是張和祺牽頭在20世紀70年代中期的一次重要的全國科學規劃會議上提出的,得到國家的重視並産生重要影響。“天文一號”衛星的目標是填補中國空間天文的空白,以太陽觀測為主,太陽觀測又以耀斑爆發為主。為此,在中國科學院的安排下,紫&專門成立了中國第一個空間天文實驗室,聯合國內多家單位共同研製。
原計劃在1980至1981年的太陽活動第21周峰年期間,發射“天文一號”衛星。如果按期發射,則“天文一號”衛星和日本“火鳥”衛星及美國“太陽極大年”衛星幾乎是同時的,中國的空間太陽物理也將與日本和美歐處於同一起跑線上。可惜的是,由於該星部分載荷如掠入射軟X射線成像望遠鏡的研製難度超出預期,加之後來國家政策調整等原因,“天文一號”衛星最終未能繼續下去。這給中國天文界留下了很大的遺憾,紫&空間天文實驗室的工作一度在艱難中徘徊。
在紫&空間天文實驗室工作不久,甘為群就嶄露頭角,多篇論文在國際天文雜誌上發表。之後,甘為群獲得了德國洪堡學者身份,到德國慕尼黑馬普地外物理研究所從事博士後研究。在這裡,他第一次接觸到先進的太陽探測儀器和空間數據,一邊向外國同行虛心學習,一邊潛心科學研究,在理論與觀測兩個方面都取得了長足的進步,發表了數篇有份量的論文,其中有一篇研究太陽耀斑大氣加熱的論文,是他第一次利用互聯網與當時在美國的同行密切合作完成的。由於充分利用了雙方的優勢,甘為群對論文結果的重要性十分看好,可在論文投到歐洲核心天文雜誌後,卻被帶有偏見的審稿人槍斃了。這判斷上的巨大反差給甘為群帶來了困惑,為了進一步檢驗自己的判斷,甘為群轉而將該論文投到更高一級的美國天體物理雜誌。很快審稿意見來了,開頭就寫道:“這是一篇高水平的原創性工作。”對於做科研的人而言,沒有什麼比得到同行的高度認可更讓人欣慰的了。
回國後,甘為群繼續在空間天文實驗室工作,先後擔任副研究員和研究員,取得了多項科研成果,獲得了多個重要獎項,如中國青年科學家提名獎、中國科學院青年科學家一等獎、國家傑出青年基金、國家教委科技進步一等獎、中科院自然科學二等獎、國家自然科學三等獎等。1995年前後,是甘為群的收穫年,但他心裏十分清楚,天文學是一門觀測性的科學,他在天文設備方面尚沒有什麼貢獻,更大的考驗還在後面。
隨着我國經濟社會的快速發展,空間天文太陽觀測迎來了一次重要的機遇——1992年9月21日,中央政治局常委會批准我國載人航天工程按“三步走”發展戰略實施,簡稱“921”計劃。紫&張和祺&長瞅準這一重要機會,提出了空間天文探測包搭載載人航天實驗飛船的計劃。1993年底,甘為群隨張和祺&長一行到北京參加論證會。會上,有人對載人航天搭載空間天文探測儀器計劃提出異議,認為日本等國都搞過了,我們大可不必再搞了。在這樣的會議、這樣的場合,照例是輪不到甘為群發言的,但初生牛犢不怕虎,他主動要求發言,利用自己對國外前沿了解的優勢及對中外差距的深度思考,結合“921”所能提供的條件和國家當時有限的實力,指出,就技術而言,如果別人搞過了我們就不搞,那我們永遠不可能實現零的突破,就無法追趕上世界先進水平,更不用説超越了。他的發言,引起了與會者的共鳴,最終紫&&合高能物理研究所爭取到了空間天文探測包搭載載人航天實驗飛船神舟二號的任務。
與此同時,北京天文&&長艾國祥院士提出了宏大的空間太陽望遠鏡計劃。
艾國祥,天體物理學家,中國科學院院士,1996年獲何梁何利科學與技術進步獎,2002年當選第三世界科學院院士。1966年提出太陽磁場望遠鏡並主持研發,於1987年和1988年分別獲得中國科學院和國家科技進步獎一等獎。從20世紀90年代末開始,艾國祥轉向了空間天文和天文空間信息領域。
艾國祥對甘為群的研究成果頗為賞識,曾讓後來也成為院士的汪景琇寫信,有意把甘為群調北京天文&工作,但張和祺&長以紫&人才緊缺為由予以婉拒。現在要搞空間太陽望遠鏡,艾國祥又想到甘為群——不是調他,而是合作。
那年底,他把甘為群請到北京,開門見山地説:“想必你已經知道了我提出的空間太陽望遠鏡計劃,不知你對此有何看法?”
“我當然舉雙手贊成。”甘為群説,“我國早該上這樣的項目了!”
“哦,你們有這樣的緊迫感就好了。”艾國祥笑言道,“英雄所見略同啊!”
甘為群連忙説:“不是所見略同,而是十分讚同您的計劃。”
“既然讚同,我們一起來幹如何?”艾國祥問。
“好啊!”甘為群謙遜道,“如果艾&信任,我們就跟着你幹。”
“不是跟着我幹,而是合作。”艾國祥説,“説實話,我轉向空間太陽研究時間不長,而紫&空間天文實驗室長期從事這方面的研究,你又在國外做過專門的訓練與研究,這是個優勢”。
“有你來當領軍人物,我們就有信心。”甘為群建言道,“這個項目必須抓緊上,我們先起步,從小做起,小步快跑。”
“不不不,我們要做就做大的,要上就上在世界上領先的。”艾國祥豪氣道,“我們不能跟在別人的後面追,而是要趕超。我的計劃是同時搞幾個先進的望遠鏡,主要是1米口徑的太陽磁場光學望遠鏡。這在世界上還沒有人搞這麼大的。”
甘為群沒有立即接話,想了想説:“這當然是好,但我覺得做這麼大的望遠鏡,技術上挑戰很大,而且投資巨大,恐怕難度太大,難以實現。”
“沒有難度哪來高度?”艾國祥堅持認為,“做最大的、搞最先進的才有意義。”
甘為群坦誠道:“不是我保守,而是我們一下子做不起來。欲速則不達。”
“這可不是我們搞天文的人説的話。”艾國祥半玩笑半認真道,“宇宙的速度與地球上的速度是不一樣的,搞天文的不快怎麼行呢?眼睛一眨多少光年就過去了!”
“是啊是啊。”甘為群為難道,“我們也想快,但總覺得心裏不踏實”
艾國祥有點不高興了,直率道:“你們不想搞大的,那我來負責1米望遠鏡。你們就搞軟X射線紫外望遠鏡,這應該沒有問題吧?”
“問題是有的。”甘為群隨即又&&,“但我們一定按照你的要求,領下任務,克服困難,爭取把這個項目做成做好!”
艾國祥滿意地點了點頭,又講了講一些具體的設想與要求。
甘為群從北京回來後立即向張和祺&長作了匯報。張&長對這個項目雖有顧慮,但仍&&支持,指定甘為群牽頭,啟動軟X射線紫外望遠鏡的預研工作。這其實是甘為群第一次真正涉足空間天文項目領域。他當時帶着常進(2020年當選中科院院士)等幾個年輕人投入到這一全新的領域。半年後就拿出了技術預研報告,並投入到隨後差不多持續兩年的中德合作空間太陽望遠鏡項目推進中,在其中發揮核心成員作用。
但是,空間太陽望遠鏡的確技術難度大,加上其他原因,預研和推進過程十分漫長和曲折,到2010年差不多處於停滯狀態。項目從提出到終止前後近20年,令人感慨。早在甘為群到紫&工作不久,一天中午休息聊天,一位老同事就告誡甘為群,空間天文是一個費時間、做虛功、幹了一輩子很可能兩手空空的行當。從“天文一號”衛星的下馬,到空間太陽望遠鏡的不了了之,似乎一個個都得到了印證。
真是這樣的嗎?就只能這樣了嗎?甘為群心有不甘,他沒有退卻,而在思索——思索其中的原因,思索新的出路。
第五章
東方晨曦微露。
這一期間,搭載神舟二號的空間天文探測儀器計劃取得積極進展。該計劃於1994年正式立項,在長達7年的時間裏,紫金山天文&與中國科學院高能物理研究所共完成了3&高能輻射探測器的研製。並於2001年1月10日隨神舟二號飛船順利入軌,在軌運行165天。在此期間,載荷工作正常,除了觀測到若干宇宙伽馬射線暴,還觀測到數十個太陽伽馬射線耀斑和逾百個太陽硬X射線耀斑。
神舟二號空間天文分系統的成功,實現了中國空間太陽天文觀測零的突破。這在一定程度上鼓舞了中國天文科學家的士氣。
而對於空間太陽望遠鏡計劃的中斷,甘為群與大家一樣,感到十分惋惜與難過,但他沒有泄氣與沮喪。他認真分析了不成功的原因,一是大型科學項目的提出一定要與國家整體實力相適應,二是所提計劃既要考慮先進性也要考慮可行性。經過反復思考,甘為群覺得還是要回到當初向艾國祥&長所提的建議上來——從小做起,小步快跑,即先搞太陽探測小衛星。於是,他拉着常進等年輕人提出了太陽高能小衛星預研項目,這一項目得到了國家自然科學基金委員會的資助,很快進入到預研階段。
2004年7月18日至25日,國際空間研究委員會(COSPAR)第35屆世界空間科學大會在法國首都巴黎召開。這是空間科學研究領域最有權威的非政府間國際組織會議。甘為群以紫&副&長的身份,與常進研究員和南京大學方成院士一同參加了大會。
會議期間,他們與法國同行探討太陽空間探測合作的可能性,得知法方有LYOT和 DESIR兩個小衛星計劃方案。甘為群便向法方介紹了紫&正在開展太陽高能小衛星項目的預先研究,並提議中法合作,將三個小衛星計劃合併起來。雙方經友好商議,聯合提出了中法合作“太陽爆發探測小衛星(SMESE)”的概念,其科學目標是瞄準太陽活動第24周峰年,研究耀斑非熱粒子的加速和傳播作用過程、日冕物質拋射的形成和早期演化、以及耀斑和日冕物質拋射之間的關係。
這一國際合作,非常有助於加快我國空間太陽探測的進程。所以,甘為群作為中方負責人的SMESE項目,很快在2005年底就獲得國防科工委的經費承諾支持。2006至2008三年間,在中國科學院國家空間科學中心的參與下,中法項目組共進行了30多次的雙邊項目推進會,先後完成了0相、A相和A+相階段的任務,形成了100余份技術文檔,並通過了法國航天局組織的階段評審。
就在甘為群對這個項目抱有極大希望的時候,法方由於項目安排方面的衝突,於2009年初正式通知中方終止SMESE項目。
這給甘為群當頭一盆冷水。空間領域的國際合作談何容易!這期間,甘為群還主持提出並得到預研支持過“基於一箭五星的太陽空間物理探測計劃”,也是不了了之。他在追逐太陽的道路上屢屢受挫,難免有些懊惱,難道當初同事的告誡真是一道魔咒?冷靜下來,甘為群決心打破魔咒,永不言敗,永不放棄,另辟蹊徑。
第六章
山積而高,澤積而長。經過大量的調研和科研工作,條件成熟了,2011年,甘為群胸有成竹地提出了中國第一顆綜合性太陽探測衛星——“先進天基太陽天文&(ASO-S)”的概念。
一顆信號彈在天空綻放出璀璨的光芒。
中國空間太陽物理研究終於迎來了黎明前的曙光——中國科學院啟動了空間科學戰略性先導專項計劃。甘為群抓住機遇,將“ASO-S”整體打包(1+3,即1個概念性研究加3個載荷方案研究)申報了該計劃的第二批預先研究項目。但是,立項遇到了阻力。因為當時申報的項目很多,競爭相當激烈,加之有關方面對太陽探測認識不足,沒有給予足夠的重視。為此,甘為群在論證會上據理力爭,進行了充分的闡述。
他説,空間天文往往都是從對太陽探測開始的。改革開放三十多年來,我國太陽物理研究水平已經從跟蹤發展到了並行、局部先進的地步。20世紀80年代開始,以我國科學家自主研製的具有國際先進水平的地面太陽望遠鏡已經形成一定規模,中國的太陽物理研究逐步躋身國際先進行列。但是,我們也要承認,與國際空間太陽探測水平相比,我國的差距巨大。從第一顆太陽探測衛星上天到現在,世界主要空間大國共發射與太陽觀測直接或間接有關的衛星70余顆,獲得了大量的前所未有的觀測數據,使得人類對太陽的認識有了質的飛躍。我國雖然在太陽物理研究方面處於國際前列,但研究所依賴的數據絕大多數都是來自國外的太陽探測衛星,這種對原始空間數據幾乎零貢獻的狀況,顯然是一個很大的問題。
説到這裡,甘為群激動道,太陽是太陽系的老大,常常被喻為地球的父親。太陽給了地球那麼多陽光和溫暖,難道我們中國人就不想給太陽公公更多的關注和回報嗎?
甘為群激動而幽默的話語贏得了大家會心的笑聲。
甘為群話音一轉説,大家知道,1989年3月13日,加拿大北部地區電網在短時間內突然遭到破壞,整個魁北克省的供電系統陷入癱瘓。在排查事故原因時,發現這次斷電事件的元兇就是太陽風暴!更近一點的2003年,太陽爆發了一次強磁暴,使歐美的GOES、ACE、SOHO和WIND等一系列科學衛星遭受了不同程度損害,導致全球衛星通訊受到干擾,GPS全球定位系統受到影響,定位精度出現偏差,地面和空間一些需要即時通訊和定位的交通系統遭到不同程度的癱瘓。可見,無論對於科學技術的發展,還是國家安全,太陽探測都是極其重要,已經成為各國天文學界、空間物理學界等領域的競爭焦點,各國科研人員都使出了渾身解數,我們要不甘自弱、急起直追!
充分的理由、熱情的話語,深深打動並説服了與會者和評委,最終,“ASO-S”衛星概念及有關三個載荷作為一個整體,於2011年正式獲得中國科學院空間科學戰略性先導專項計劃的支持,列入預先研究項目。
跨出可喜的第一步,甘為群團隊趁熱打鐵,隨即進行預先研究。世上無難事,只要肯攀登。一次次冥想,一次次運算,火花迸發;一張張稿紙,一個個方案,堆積如山。他們終於找到了通天之路——提出了“ASO-S”的科學目標——“一磁兩暴”:一磁是指太陽磁場,兩暴是指太陽上兩類最劇烈的爆發現象——耀斑和日冕物質拋射,即同時觀測太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質拋射,研究其形成機理、相互作用和彼此關聯,揭示太陽磁場演變導致太陽耀斑和日冕物質拋射爆發的內在物理&&,同時為災害性空間天氣預報提供支持。為實現這一目標,衛星需要配備3&有效載荷。他對標國際先進水平,結合國內已有的基礎,提出了3&載荷具體的技術指標。
按照空間科學先導專項的佈置,一個空間項目要想走到最後,必須經過3個階段:預先研究、背景型號、衛星工程立項與實施。這樣,預先研究工作做完後,自然要申請背景型號項目支持。這是衛星工程立項前最關鍵的環節。預先研究形成的概念是否可行,關鍵技術能否突破,必須在這一階段解決,這一階段的經費體量因此比預研階段高出十倍到數十倍,屬於準工程階段。然而,就是在這個環節的申請上,引發了一場不小的風波。
在背景型號項目申請答辯會上,有人提出,從技術的可靠性和節約成本的角度,中國目前還是先進行地面太陽觀測為好。
甘為群解釋道,是的,在地球上,地面太陽觀測具有升級靈活、成本較低、可持續性強的特點。但是,地球大氣會對天體輻射有吸收作用,甚至導致很多波段在地面無法開展觀測;大氣湍流會限制觀測分辨率及降低測量精度;晝夜交替導致觀測無法連續進行。為了彌補這些短板,空間太陽觀測早已成為太陽觀測的主戰場,它有無與倫比的優越性——全波段、全時段,空間分辨率和觀測精度不受地球大氣影響。現代太陽物理學科的進展大都來自空間太陽觀測的驅動。
又有人質疑道,既然搞空間太陽探測,就應該重啟“空間太陽望遠鏡”衛星計劃,而不是另起爐灶。
因為甘為群對“空間太陽望遠鏡”衛星計劃瞭如指掌,便胸有成竹地説,中國空間太陽探測從20世紀70年代中後期開始至今,走過了一條曲折的道路,幾代太陽物理學家為了改變中國沒有太陽探測衛星的狀態,進行了長期不懈的嘗試和努力,40多年過去,除了神舟二號空間天文分系統取得過少量太陽空間觀測資料以外,中國至今仍保持着太陽探測專用衛星“零”的記錄,相比較國際上已經發射了70多顆太陽探測專用或有關衛星,的確令人感慨,尤其為“空間太陽望遠鏡”衛星的夭折而惋惜。
接着,甘為群分析道,一個項目能否繼續進行下去取決於多種因素,這其中既有客觀因素,也有主觀因素。但一個項目即使最後沒有取得成功,也不意味着一無所獲,從中國空間太陽物理的發展歷程來看,“天文一號”衛星積累的載荷研製經驗為神舟二號空間天文分系統的成功打下了很好的基礎;而神舟二號太陽高能輻射探測器的研製經驗被直接用於SMESE項目;SMESE項目雖然最後沒有走到工程立項,但“ASO-S”的預研直接受益於“SMESE”衛星概念性階段研究的成果,而且,我們的“ASO-S”拓展了“SMESE”衛星的科學目標和載荷構成,此外,空間太陽望遠鏡的預研成果對提出“ASO-S”衛星項目發揮了重要作用,“ASO-S”衛星科學目標“一磁兩暴”中的“一磁”及3個載荷之一的全日面矢量磁像儀就是來自空間太陽望遠鏡的因素,空間太陽望遠鏡實際上已經被融入到“ASO-S”衛星中。
有理有據的答辯,説服了所有的專家,“ASO-S”項目獲得了背景型號答辯打分的第一名。
甘為群凱旋而歸。但還未來得及慶祝,一個意外的消息很快從北京傳來,有關方面以“有不同意見”為由,竟沒有批准“ASO-S”進入背景型號研究。
得此消息,甘為群徹夜難眠,壓力山大。幾天后,中國科學院副院長陰和俊來紫&調研,甘為群和方成院士一起向陰院長當面詳細匯報了“ASO-S”衛星項目和答辯經過的情況,對背景型號研究未獲批准&&異議與不滿。陰院長當即説,對於科學目標先進的項目我就支持,並&&回去後就來協調。
一週後,甘為群終於獲准赴京參加由陰院長親自主持的國家空間委員會關於背景型號項目遴選的終極會議。會上,他十分珍惜來之不易的機會,充分利用15分鐘的匯報時間,向評委扼要介紹“ASO-S”項目的全貌,特別是強調項目的重要性和緊迫性。會議進行到討論環節,中國工程院院士、國家航天局原局長欒恩傑第一個發言:今天這4個項目中,如果只能上1個,我建議上“ASO-S”。
權威領導一言九鼎。“ASO-S”終於迎來了好運,獲准進入背景型號研究。接下來是馬不停蹄地準備立項材料。也許是好事多磨,正當背景型號項目材料準備得差不多的時候,甘為群突然接到通知:對不起,原先承諾的背景型號經費無法落實!
巧媳婦難為無米之炊。上千萬的研究經費從何而來?甘為群為此煞費苦心,先是從&裏有限的經費中擠出360萬元,接着又向國家基金會提出資助申請。在他的不懈努力下,國家基金會投票通過了“ASO-S”資助申請,給了865萬元。後來中國科學院又補了240萬元。這樣,研究經費基本落實了。
“夸父一號”示意圖
2014年1月1日正式啟動“ASO-S”背景型號研究,伴隨着經費的逐個落實,工作也走上正軌。項目進行了一年後,有關方面突然通知要對項目開展中期評估。甘為群按照中期評估慣常的思路,主要匯報了項目一年來的進展及接下來的計劃。沒想到,這次由所謂第三方負責的中期評估不同以往,相當於重新評估背景型號項目的立項。如此理解上的錯誤,直接導致“ASO-S”的評分最低!
得分最低意味着什麼?意味着後續資金難以到位,項目面臨自生自滅的嚴重危險!
甘為群大為不服,但無可奈何。何苦呢,就此罷休吧。不!決不能半途而廢,更不能自生自滅!他對他的團隊説,我們豁出去了,困難再大也要依靠自己的力量搞下去!
真是夸父逐日的精神啊!
決定命運的時刻到了。2016年年中,中國科學院組織對空間背景型號項目的結題驗收和綜合論證。專家們聽了甘為群關於“ASO-S”背景型號項目實施情況的匯報,審閱了堆積如山的研究報告和技術文檔,還現場查看了部分原理樣機和樣件,大家大為驚訝!對“ASO-S”背景型號階段的工作與成果,一致給予高度評價,認為開創了一條自籌經費開展背景型號階段研究的新路子,“ASO-S”終於在8個背景型號項目中脫穎而出,成為進入衛星工程立項程序的兩個項目之一。
經歷一波三折,中國科學院在2017年底正式批復“ASO-S”衛星工程立項。
太陽終於升起來了。陽光佔據了甘為群的心房。
第七章
最美人間四月天。
2018年4月11日,甘為群接到了中國科學院的聘任書,聘任他為“先進天基太陽天文&”衛星工程首席科學家。他的心情像草長鶯飛的自然界一樣美麗,又像忙於春播的農民一樣時不我待。
此時,離太陽活動峰年僅有6年左右的時間。太陽每11年為一個活動周期,開始的4年左右時間裏,黑子不斷産生,越來越多,活動逐漸加劇。在黑子數達到極大的那一年,稱為太陽活動峰年。在太陽活動峰年最有利於對太陽爆發現象的觀測。
錯過這個峰年,又要再等11年!
不能等!拿着沉甸甸的任命書,甘為群感到使命光榮、責任重大。科學衛星在中國尚屬於新生事物,衛星首席科學家更是在這片土地上才出現沒有幾年。雖然文件上定義了科學衛星一切圍繞科學目標,首席科學傢具有一票否決權,首席科學家因此也要負責衛星的科學産出。但具體如何履行首席科學家的職責,如何確保衛星的研製滿足科學的需求,並沒有現成的模式。
甘為群借鑒前人及國外的經驗,他利用主抓預先研究和背景型號研究對情況比較熟悉的優勢,除了協助衛星工程總體和衛星系統組建衛星工程研製團隊外,他重點着手組建衛星科學團隊,包括組建衛星科學應用系統。他根據需要在“計劃之外”任命了3個載荷科學家和3個載荷數據科學家,前者確保載荷的研製過程中必須滿足科學指標和科學需求,緩解科學家與工程師在工作理念上的差異;後者負責衛星數據下傳後的生産、處理、存儲和服務,並負責數據分析軟體的研發。這一新架構的提出使得首席科學家的工作有了抓手,很快被業內接受和效仿。
多少事,從來急。在“ASO-S”衛星工程開工動員大會上,甘為群要求各任務團組以高度的使命感做到“三個確保”:確保“ASO-S”的創新性,形成中國太陽探測衛星載荷的獨特組合,真正做到在一個衛星上同時觀測“一磁兩暴”;確保“ASO-S”的高質量,努力實現各項科學目標,達到預期的探測效果,力爭取得重大科研成果;確保“ASO-S”趕在太陽峰年期發射升空。他強調説,我們要與太陽賽跑,努力加快衛星工程的進度,按期完成各項工作任務。
這期間,傳來了一個讓甘為群且驚且喜的消息——
他的導師方成院士捷足先登,帶領南京大學的天文團隊及長春光機所的技術團隊,與航天八院聯合提出,構建一個超高指向精度和超高穩定度的衛星&&,開展高精度的太陽觀測。此後,他們經過三年多的科學論證和方案設計,確定了雙超衛星&&加Hα光譜成像的總體設計,明確了衛星的科學目標和技術指標,於2019年6月獲得國家航天局批復立項,兩年後在南京完成地面觀測試驗,接着在上海完成了整星集成測試。
2021年10月初,雙超&&太陽光譜成像觀測項目開展衛星徵名活動,確定該探日衛星為“羲和號”。羲和是上古神話中的太陽女神,象徵着中國太陽探測的緣起。
“羲和號”示意圖
同年10月14日,“羲和號”衛星發射升空。衛星重量為550公斤,穩定運行在平均高度517公里的太陽同步軌道上,獲得了一批高質量的太陽光譜數據,拉開了我國空間探日的序幕,打破了我國沒有第一手太陽空間探測數據,依賴國外衛星數據的被動局面,有力提升了我國在空間科學領域的國際話語權。
導師的探索精神和探日成果,對甘為群既是極大的鼓舞和鞭策,也是巨大的壓力。他決心追趕導師,追趕太陽,儘早把我國第一顆綜合性太陽探測專用衛星——先進天基太陽天文&發射升空。
當然,升空不是目的,真正的目的在於實現新的科學目標。
甘為群一再提出,我國的太陽衛星雖然起步晚了,但一定要做出自己的特色,實現新的科學目標,那就是“一磁兩暴”。為了實現這一科學目標,甘為群在設計之初就在“ASO-S”的載荷配置上尋找突破和創新——搭載三台不同功能的太陽探測望遠鏡,同時觀測對地球空間環境具有重要影響的太陽上最劇烈的爆發現象。在天文研究中,這樣組合觀測,即在多波段同時進行觀測非常重要。
三個載荷的體量雖然不是太大,但關鍵技術的難度很大。關鍵技術拿不下來,“ASO-S”的科學目標就無法實現。而在“ASO-S”之前,我國的探日衛星幾乎空白,沒有多少經驗可循。甘為群經過反復思考與權衡,沒有基礎,就從頭開始,決定發揮全國天文研製之優勢,集中優勢兵力打殲滅戰。
三個載荷是太陽觀測的“三大法寶”,同時也是技術上的“三座堡壘”。只有攻克了這“三座堡壘”,才能真正獲得“三大法寶”。在甘為群的感染下,研製團隊燃起鬥志,踏上了攻關攀登之路。
第一座堡壘:全日面矢量磁像儀的高精度磁場測量技術。
全日面矢量磁像儀由鄧元勇任載荷科學家。他是中科院國家天文&懷柔太陽觀測基地主任,中科院太陽活動重點實驗室副主任。接到研製任務後,鄧元勇帶領他的團隊,首先確定了全日面矢量磁像儀的研製目標:實現比國際同類設備更高的磁場測量精度。針對這一目標,研製團隊深入分析了已有設備的特點,抓住了提高磁場測量精度的關鍵點,提出了以大靶面、高幀頻探測器實現不同偏振分量的交替採樣為技術主線的研製方案。
技術方案雖然確定下來,但項目組面臨的技術挑戰卻是一個接着一個。首先,航天級大面陣、高幀頻探測器國際上並無現貨,國內處於研發階段,性能參數、空間環境適應性等都需要從頭摸索;其次,為了實現空間高速、交替採樣,採用了全新的液晶偏振調製技術,這在當時國際上完全沒有先例,項目組與合作單位從原材料開始一步步走到了最終的航天器件;此外,雙折射濾光器油浸動密封技術、自動波帶穩定技術、海量數據星上實時處理技術、精密溫控及高精度同步控制、高精度穩像技術等,雖然在地基磁場測量設備中已經廣泛應用,但國內缺乏空間應用經驗。針對這些攔路虎,載荷承擔單位國家天文&、南京天光所、西安光機所聯合多家外協單位,通力合作,最終一一掃清障礙,完成了研製。地面測試顯示,載荷達到甚至超過了預期技術指標。
第二座堡壘:太陽硬X射線成像儀。
該載荷由張哲任主任設計師。他是中國科學院紫金山天文&高級工程師。對他來説,承擔這一研製任務佔有“天時地利人和”。他從參加工作開始就介入並承擔起太陽硬X射線成像儀的預研和技術攻關工作,而紫&又是這個項目的發起單位,更重要的是,首席科學家甘為群及其帶領的衛星科學團隊,乃至硬X射線成像儀硬體研製團隊成員又都和他身處同一個實驗室,項目上各方面的溝通和交流都十分順暢和便捷。但是,擺在他面前的這&載荷的研製,之前在我國還是空白,面臨着數項關鍵技術攻關的艱難任務。這其中最難的是準直器。太陽硬X射線成像儀的探測器陣列相當於一個個的小眼睛,這些小眼睛前面對應着準直器的光柵對陣列,為了實現X光子流量方向的信息調製來用於成像,數千條狹縫陣列採用堅硬的鎢材料加工,層疊厚度超過1毫米,最窄縫隙只有20微米,而前後相距1.2米,在這種距離上還要求光柵在前後端對齊得分毫不差,而這個“分毫不差”還要求能在抵抗發射過程中的劇烈震蕩,以及進入太空後惡劣的極端溫度和真空環境後保持穩定。
為此,在近十年的研製過程中,張哲伴隨儀器而成長,他領導的團隊不斷迭代成像儀的設計方案,在國內選擇多家合作製作單位,與他們一起優化方案,研討工藝,並給大家打氣鼓勁。一次次試驗,一次次失敗,一次次調整,最終,滿足要求的鎢光柵採用激光加工方案取得了成功,光柵層疊和對準裝配完成準直器也實現了完美的工程實施。團隊還通過不斷的優化和改進,在世界上首次實現了同類載荷全系統的X射線束流調製測試,對X射線調製成像能力做出了充分的驗證。
第三座堡壘:萊曼阿爾法望遠鏡。
該載荷由陳波任主任設計師。他是中國科學院長春光學精密機械與物理研究所副總工程師。雖然他先後參加過多項國家重點課題研究工作,曾獲國家科技進步二等獎等多項重要獎勵,但萊曼阿爾法望遠鏡對他來説,是一個新的課題、新的挑戰。
萊曼阿爾法望遠鏡實際上由三台望遠鏡、四個成像通道組成,其中最具代表性、最難研製的是萊曼阿爾法日冕儀,它由一套共用的主光學系統和兩台CMOS相機構成,可在121.6nm和700.0nm兩個波段同時對1.1太陽半徑到2.5太陽半徑日冕進行高分辨率成像,角分辨率達到2.5〃/像元。利用這台儀器可以在極強的太陽“圓盤”照射下,對太陽周邊亮度降低4到8個數量級微弱的日冕輻射進行高分辨率成像觀測。
研製中,陳波研究員帶領研究團隊,團結奮戰,攻堅克難,解決了大範圍雜光抑制、亞秒級高精度穩像和萊曼阿爾法波段輻射定標等關鍵技術問題,研製出我國第一台雙波段太陽萊曼阿爾法日冕儀,角分辨率高於在軌運行的solar Orbiter衛星上的同類日冕儀,將在太陽物理研究和空間天氣預報研究中發揮重要作用。
其實,在三個載荷的研製過程中,技術難度是一個方面,而他們恰恰又遇上了“天災人禍”。
天災就是新冠疫情。就在“ASO-S”載荷研製最為關鍵的時候,新冠病毒肆虐全球。這給本來時間十分緊張的研製工作雪上加霜——不能正常上下班,實驗室無法如期使用,人員往來受到限制,各種器材和零部件無法運送或郵遞……針對這一特殊情況,甘為群要求各研製單位積極應對、科學安排,並通過“遠程視頻”“騰訊會議”“微信通話”等形式,及時進行線上討論、信息溝通、情況匯報,確保“抗疫”與“研製”兩不誤。年近六十歲的陳波,疫情期間住在研究所的實驗室一個多月,過春節也沒有回家,完成了100多個軟體模塊的計算開發任務,確保了研製工作的進度。
人禍就是西方封鎖。無論是哪個載荷,都要用到芯片。芯片是載荷的“心臟”。只有使用先進的芯片,才能製造出高質量的載荷。以前,衛星載荷上用的芯片,有些是從外國進口而來的。然而,就在“ASO-S”載荷的研製期間,西方一些國家對中國實行所謂的制裁,加上國際疫情極為嚴峻,一些元器件和芯片的斷供給載荷研製工作造成極大困難。面對這一情況,研製單位措手不及,産生了消極畏難情緒,甚至提出推遲研製時間,等時機成熟後再幹。對此,甘為群參加工程例會,一起研究對策。他説,元器件不能進口,既是挑戰也是機遇,逼着我們轉危為機。對於芯片,我看有兩條路可走,一是在國內篩查同類替代品,二是我們自己進行研發。總之,芯片不能成為我們的攔路虎。我們要通過我們的努力,保質保量搞出“ASO-S”,為我們爭氣,為中國爭光!甘為群的一番話,極大地鼓舞了大家的士氣。辦法總比困難多。三個研製單位調整思路,群策群力,既發揮自身優勢,又多方尋求合作,儘管走了一些彎路,但最終攻克了芯片難題,研製成功了懷抱“中國心”的高質量衛星載荷。
衛星的研製屬於重大系統工程。“ASO-S”衛星研製就包括6大系統:衛星系統、運載系統、發射場系統、測控系統、地面支撐系統和科學應用系統,至少涉及幾百個科技人員。此外還有工程總指揮和總設計師,以及工程總體、總體辦公室、中科院主管機關等。“ASO-S”衛星這次未設載荷總體,中科院上海微小衛星創新研究院作為衛星系統總設計師單位,發揮了至關重要的作用。諸成總師自從衛星實施以來幾乎天天加班,從未有過休息日。科學應用系統總師黎輝身先士卒,帶病堅持工作……看著整個團隊的奮力拼搏與團結協作,甘為群常常感慨道:“我們這些幕前人,更應該看到那些在幕後兢兢業業付出的人,他們是最辛苦的人!”
從左到右分別是:陳斌(衛星工程總體辦主任)、崔吉俊(衛星工程總師)、甘為群(衛星工程首席科學家)、伍健(HXI載荷科學家)、熊蔚民(衛星工程總師助理)、鄧雷(衛星系統總師助理)
在科學的道路上,沒有平坦的大路可走,只有那崎嶇小路上攀登的不畏勞苦的人們,才有希望到達光輝的頂點。在衛星載荷研製成功後,甘為群並沒有松一口氣,繼續帶領黃宇、蘇揚、封莉等年輕的科學團隊,夜以繼日地做好衛星發射前的各項工作,並為衛星升空後的科學研究進行提前準備,自行開發各種軟體。“ASO-S”入軌後,每天將産生大約500GB的觀測數據,且全部科學數據和分析軟體將面向全球用戶開放共享,共同實現其科學目標。
現在,離既定的科學目標,只有一步之遙了。
第八章
2022年7月11日,中國科學院發布的“先進天基太陽天文&”徵名活動啟事,一下子吸引了全國人民的眼球——
太陽僅僅是宇宙中的初級謎題,
太陽的謎團終將被人類逐一揭開。
中國第一顆綜合性太陽探測專用衛星,
迎光啟航,逐日而行,
求索於日地間,
它就是—— 先進天基太陽天文&
Advanced Space-based Solar Observatory
利用太陽活動第25周峰年的契機,
它將對太陽上兩類最劇烈的爆發現象——
太陽耀斑和日冕物質拋射,
以及全日面矢量磁場開展同時觀測,
研究“一磁兩暴”
也為災害性空間天氣預報提供支持。
這顆空間科學衛星將於2022年10月,
在酒泉衛星發射中心發射升空,
展開對太陽的探索之旅。
現在,我們誠摯邀請您,
為即將發射的先進天基太陽天文&,
起一個中文昵稱。
讓您的名稱創意,
跟衛星一起,共游太陽系。
延續中國人為衛星起名的
詩意和浪漫,
傳承人類的科學探索精神和人文情懷。
徵名活動得到廣泛響應,在短短的兩周中,共徵集到25000多份起名提案,經兩輪評選,最終確定“ASO-S”的中文昵稱為“夸父一號”。
在新聞發布會上,甘為群向大家報告,經過兩輪評選,最後專家投票確定,先進天基太陽天文&取名“夸父一號”。大家知道,“夸父”是中國神話故事《夸父逐日》中的神話人物。中神話故事《嫦娥奔月》中的嫦娥,已經是探月系列衛星的昵稱,《夸父逐日》中的夸父,用來命名探日衛星,太陽對月亮,夸父對嫦娥,兩個神話故事,突顯中國文化,相得益彰。而且,“夸父逐日”表現了古代先民胸懷大志,英勇頑強的精神,寄託了中華民族探索自然,矢志不渝、鍥而不捨的強烈願望和頑強意志。作為這顆太陽衛星的首席科學家,我一生有志於做一個追趕太陽的人,用自己的實際行動弘揚“夸父逐日”的精神。
2022年10月9日,“夸父一號”衝向蒼穹,奔向遠方。
重量859公斤的“夸父一號”已運行在高720公里的太陽同步軌道上,將連續4年、24小時對太陽進行不間斷的多波段、高質量的觀測……
黎明時的大漠格外壯觀。一輪火紅的朝陽噴薄欲出,萬道霞光從東方射出,沙漠上閃現出一片金光。
太陽每天都是新的。甘為群面向陽光,久久佇立,思緒紛飛。他既為“夸父一號”的成功發射而興奮着,又開始盤算着接下來的工作——為了迎接明天的太陽,必須及時把衛星傳回地面的海量數據轉化為高質量的科學成果!
“甘&,記者在等着視頻採訪您呢!”
甘為群聞聲回過神來,急忙趕了回去。
面對視頻中的記者,他先是感謝各方的協同與支持,然後介紹道,經過40多年的探索,中國沒有太陽探測專用衛星的歷史隨着“夸父一號”的發射而被改寫,成為國際太陽空間探測大家庭的一員。儘管太陽距離地球平均達1.5億公里,但一旦發生太陽耀斑、日冕物質拋射等爆發活動,它所裹挾的大量帶電高能粒子,會對人類生存環境,尤其是與現代生活息息相關的電磁環境造成嚴重破壞。因此,持續地對太陽活動進行監測是非常有必要的。現在,我們有了這顆衛星,科學家可以至少提前40個小時得到信息,從而及時做出相關的防護舉措。
記者問:“你對你一生所從事的事業怎麼看?”
甘為群若有所思,腦海中閃過一幕一幕的酸甜苦辣,然後緩緩地説到,我的職業生涯中做過三件事:研究、行政與項目。當然太陽物理研究是貫穿始終。我最看重的還是衛星項目,真正實現我兒時的夢想——做一個追趕太陽的人。之前衛星尚沒有發射,結果還不確定。現在“ASO-S”衛星已經成功發射,總算實現了我人生的一個大目標,這不僅是自己的目標,也是中國太陽物理界的目標,還有什麼能比這個更讓人欣慰的呢?
記者又問:“你對我國太陽探測有何預測和期待?”
甘為群無限深情地説,我作為“ASO-S”的首席科學家,首先期待“ASO-S”的觀測結果能夠給太陽物理前沿研究注入新的動力,在“一磁兩暴”和太陽大氣結構與動力學的研究中取得重要成果,完成中國空間太陽物理完整的體系建設。同時,我也期待中國的太陽空間探測在國家有關部門的重視下能夠由此走上可持續發展的軌道,建立日趨完善的項目選擇機制;期待在中國自己建設的空間站上搭載更大、更先進的太空天文&,趕超世界先進水平;相信在新生代太陽物理學家們的共同努力下,中國下一代太陽探測衛星能夠在更高起點上展開,為全世界太陽物理學科的發展做出中國應有的貢獻。
最後,記者請他用最簡短的語言表達自己此時此刻的心情與願望。甘為群脫口而出——
“面向未來,向日而行。逐日之旅,正在路上……”