追夢星海 捕捉宇宙“焰火”-新華網
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2024 05/27 08:44:23
來源:人民日報

追夢星海 捕捉宇宙“焰火”

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 愛因斯坦探針衛星效果圖。中國科學院國家天文&、歐洲航天局供圖

今年1月9日15時03分,我國在西昌衛星發射中心使用長征二號丙運載火箭,成功將愛因斯坦探針衛星發射升空,衛星順利進入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。發射前夕,愛因斯坦探針衛星項目團隊在西昌衛星發射中心的試驗廠房合影留念。中國科學院國家天文&供圖

4月27日,隨著愛因斯坦探針衛星首批在軌科學探測圖像的正式發布,中國科學院國家天文&&究員袁為民一直懸著的心終於放下了。

  這顆由中國科學院牽頭、多個國際團隊參與研製的空間科學衛星不負眾望,成功“抓拍”到轉瞬即逝的宇宙“焰火”。短短3個多月,愛因斯坦探針衛星就已探測到新的暫現源(宇宙中突然出現並迅速消失的天體)17例、恒星耀發168例,並引導國際上多個望遠鏡開展了跟隨觀測。

  作為愛因斯坦探針衛星首席科學家,袁為民難掩興奮:“首批發布的在軌探測圖像證明了這顆衛星能夠以很高的靈敏度尋找暫現源。”

  成績背後離不開中國科學院國家天文&愛因斯坦探針衛星項目團隊多年的努力與奮鬥,他們在衛星載荷、科學應用系統研製中發揮了關鍵作用。從2011年最初成立時的3個人,到2024年1月衛星發射時的30多人,這支年輕的科研團隊在袁為民帶領下,成功突破一系列關鍵探測技術,把夢想變成現實。

  勇創新——

  不畏懼,攻難關

  太空中的愛因斯坦探針衛星,像一朵盛開的雙蕊荷花,12片“花瓣”每一片都是一台特殊的X射線望遠鏡。

  根據設計,愛因斯坦探針衛星的主要科學目標之一是發現宇宙中的X射線暫現源和劇變天體,監測已知天體的活動,探究這些現象的性質及相關物理機制。

  然而,宇宙中的X射線爆發現象通常會在短時間內出現和消失,就像宇宙中轉瞬即逝的“焰火”。這種宇宙“焰火”隨機出現,很難預測,要想及時捕捉到,並非易事。

  “這就需要望遠鏡設備的視場越大越好,因為視場越大,看到隨機事件的可能性越大。”寬視場X射線望遠鏡光學系統負責人、中國科學院國家天文&&究員張臣説,“但另一方面,為了看到比以往更弱的爆發現象,就需要使用聚焦成像的技術。而傳統的X射線聚成像望遠鏡的視場非常小。這兩者是一個矛盾。”

  如何解決這個矛盾?

  1979年,國外科學家從龍蝦眼球結構中獲得靈感,提出模擬龍蝦眼製造望遠鏡,讓X射線通過球面上指向同一個球心的大量微孔反射聚焦成像。然而,這項技術難度非常高。

  2010年,中國科學院國家天文&X射線成像實驗室開始開展龍蝦眼微孔X射線成像光學應用技術的研發。在此基礎上,2011年,袁為民決定帶領團隊向這一難題發起挑戰,自主研製愛因斯坦探針衛星的核心載荷——寬視場X射線望遠鏡。

  在寬視場X射線望遠鏡上,每片“龍蝦眼”鏡片由近100萬個方形玻璃方管拼接而成,每個玻璃方管的孔徑只有40微米,壁厚僅8微米,連一根細髮絲也插不進。

  每項指標幾乎都接近參數極限。為了達到目標,項目團隊苦思冥想各種解決方案,其間遭遇接二連三的困難。最緊張的時候,團隊每天從清晨奮戰到淩晨3點,連續堅持了3個月。

  經過多輪攻關,完全國産化的“龍蝦眼”望遠鏡終於研製成功,觀測靈敏度和空間分辨率相比同類型設備提升10倍以上。

  “在長達7年的研製過程中,科學家與工程師經過了無數次磨合,載荷指標也進行了多次升級。”張臣説,“我們超越極限、追求卓越的科學理念是一致的,未來研製團隊還將攜手挑戰更高的目標。”

  敢擔當——

  有勇氣,扛重任

  今年1月9日,在衛星發射前半小時,還有一項重要的工作需要去完成,就是取下寬視場X射線望遠鏡的保護蓋。

  袁為民説:“想要完成這項工作可不容易,需要冒極大的風險。”

  為了保證望遠鏡的潔凈度,寬視場X射線望遠鏡的保護蓋需要在臨近發射前才能取下來。但是,那時整個衛星都被裝進整流罩中,只能通過整流罩的一個小窗口取下來。

  團隊中兩名膽大心細的年輕人馬嘯浩和陳異凡,毅然承擔了這項艱巨任務。

  整流罩的小窗口距離地面大概有7層樓高,他們需要通過塔架爬上去,然後手持一種特殊裝置,用類似“釣魚”的方式,把保護蓋取下來。

  “發射前半小時,火箭已經加注燃料,所以摘取鏡蓋的動作要盡快完成、人員要盡快撤離。”袁為民説,為此兩位年輕人前期進行了多次訓練。

  衛星發射當天,經過小心翼翼的操作,馬嘯浩和陳異凡最終圓滿完成了任務,在場的人都被他們的勇氣與擔當深深打動。

  除了勇氣與擔當,還要敢於嘗試和鑽研新技能。

  張臣負責裝配“龍蝦眼”時,鏡片和架子之間有一條很小的縫兒,需要用特殊的封裝膠手工填上。

  “這項工作是張臣一個人純手工完成的。”國家天文&&究員、愛因斯坦探針衛星科學應用系統總師劉元説。劉元和張臣一個辦公室,對此記憶猶新:“那段日子裏,張臣每天早早來到單位,在實驗室裏默默‘填縫’,一直幹到很晚才離開。”

  劉元還跟張臣開玩笑:“有了這門新手藝,以後可以去做瓷磚美縫了。”

  和張臣的工作不同,劉元的工作主要包括兩項:一是對衛星進行日常的監測,二是負責對衛星的觀測數據進行處理和分析。“我們會把原始的數據進行解包,然後生成相應的科學數據産品,包括這些暫現源的能譜和光面的信息以及圖像,供科學團隊進行更深入地分析。”劉元説。

  他介紹,今年6月到7月期間,團隊將繼續進行衛星在軌測試,之後轉入在軌科學運行階段。

  講奉獻——

  不言苦,衝在前

  愛因斯坦探針衛星從研製到發射,每成功邁出一步,都離不開團隊成員的協作和奉獻。

  衛星成功發射前的一次天氣“險情”,讓團隊成員至今記憶猶新。

  當時,衛星裝上火箭運到塔架上後就開始下雨,氣氛頓時緊張起來,大家的心一下提到了嗓子眼。

  袁為民解釋説:“一旦漏雨,通過充氮氣保護儀器潔凈度的措施將會受到影響。”

  怎麼辦?團隊立刻實行檢查制度,每兩個小時就派人到塔架上檢查線纜窗口是否漏雨。

  “目前下著小雨,線纜窗口完好無漏雨,溫度19.94攝氏度、濕度39.52%,滿足要求”“這個時間雨停了,線纜窗口完好無漏雨,溫度19.69攝氏度、濕度40.56%,滿足要求”……在執行完檢查任務後,每名隊員都會及時在微信工作群裏匯報結果,不放過每個細節。

  在各系統全力保障下,他們擔心的事沒有發生。

  自今年2月下旬載荷完全開機以來,愛因斯坦探針衛星就源源不斷地傳回觀測數據。

  3月15日,愛因斯坦探針衛星探測到一個快速X射線暫現源後,引起全球天文學家的關注。

  “我們迅速組織了6場全球討論會。”團隊成員孫惠説,“但討論會的時間窗口太難約了。平衡之後,我們不得不約在北京時間晚上9點開會,導致中方的科研人員常常討論到半夜。儘管如此,大家也沒有任何怨言。”

  在奉獻中,年輕人也獲得了成長。

  “人生難得有機會做這種極具挑戰性的科學項目。”團隊成員劉禾陽格外珍惜這次機會,“我堅信,我們的工作將為人類探索更多宇宙奧秘提供有力支撐。”

原標題:經過10餘年持續攻關,中國科學院國家天文&愛因斯坦探針衛星項目團隊攻克一系列關鍵技術 追夢星海 捕捉宇宙“焰火”(科技視點·走近優秀創新團隊)

【糾錯】 【責任編輯:孫曉倩】