新華網 正文
特寫:“慧眼”這麼牛,原來幕後英雄這麼多……
2017-06-18 10:21:14 來源: 新華社
關注新華網
微博
Qzone
評論
圖集

  新華社北京6月17日電(記者全曉書 喻菲 屈婷)當中國首顆X射線天文衛星“慧眼”成功進入預定軌道時,整個研制團隊在過去十多年裏經歷的坎坷像電影片段一樣在衛星有效載荷總設計師盧方軍的腦海裏一一閃過。

  “慧眼”全稱硬X射線調制望遠鏡(簡稱HXMT)衛星,重約2.5噸,其中科學儀器達981公斤。它攜帶了高、中、低能三種望遠鏡,首次實現了從1-250keV的能區全覆蓋,有利于更加全面地研究黑洞、中子星等神秘天體的輻射機制。

  三種望遠鏡背後,是中國科學院高能物理研究所三個研制團隊的堅守和拼搏,他們在有效載荷的自主研制方面遭遇並克服了一道又一道難題。“沒有各個技術團隊的努力,這顆衛星是不可能成功的!”盧方軍説。

  對于自主研制,盧方軍一直持積極態度:“從單純完成任務的角度來説,選擇自主研制不一定是最高效的,因為‘白手起家’會帶來很多意想不到的困難;但是從長遠學科發展的角度來説,這樣做是非常有價值的。”

  而最早提出這顆衛星設想的中科院院士李惕碚認為,通過“慧眼”項目成長起來的研制和科學隊伍,以及他們取得的空間探測器國産化的優異成績,將成為中國在高能天體物理領域趕超世界前沿的可貴基礎。

  高能團隊:徹底放棄依靠進口的幻想

  2011年,劉聰展從清華大學調到中科院高能所接管HXMT衛星高能望遠鏡的研制工作,擺在他面前的是一個艱難的抉擇。

  高能望遠鏡的某型探測器之前已經完成了進口合同的簽訂,卻在運往中國之前被其所在國家的商務部給攔下了。

  作為高能望遠鏡主任設計師,劉聰展必須放棄依靠進口的幻想,盡快尋找新的出路。面對困難,劉聰展的內心充滿了矛盾:“高能望遠鏡是核心載荷,萬一做不出來,這顆衛星還上不上天?”

  經過小半年的掙扎,劉聰展最終確定了國産化的路徑,解決了探測器的整體性能問題,使其達到了衛星的設計要求。

  這是一個艱辛而復雜的過程。科研人員花費了大量精力改進封裝工藝,一共試制了29輪,做了30多個樣品,中間反反復復走了很多彎路。

  曲折的研制經歷和劉聰展前往外協廠家的路途有點相似。外協廠家地處廊坊農村,位置十分偏僻,連導航也常常標錯路線,劉聰展記不清自己迷了多少次路。“北方的農村岔路很多,村與村又比較密集,看著都挺像的,這次走對了,下次再去的時候又找不著路了。”

讓劉聰展迷路的北方農村小路

  在去工廠查看第十件樣品時,劉聰展的車差點陷在了被大水漫灌的鄉間小道上。“我預感不妙,結果那次的樣品真的很糟糕。”劉聰展笑了笑,自己也承認這樣的聯係不靠譜,但不斷失敗的經歷讓倍受煎熬的他變得十分敏感。“當時,我們把能想到的招全都用上了,可不是物理指標不行,就是力學性能不好,兩者總是矛盾。”

  當樣品最終通過實驗的時候,劉聰展在內心長出了一口氣:“還好,自主研制的決策是對的。”合作是雙贏的,外協廠家同樣也獲益匪淺。“我們教會了他們一整套的設計方法,怎麼樣通過計算有方向性地嘗試,怎麼樣提高熒光的收集效率,他們對此也感到十分滿意。”劉聰展説。

  中能團隊:濺上一點唾沫星子都不行

ME研制團隊工作照(中科院高能所供圖)

  在讀研究生期間,曹學蕾連續參與了嫦娥一號到嫦娥三號上的X射線譜儀的研制工作。當他2006年開始負責HXMT衛星中能望遠鏡的設計時,對在探月技術的基礎上進行自主研制充滿了信心。

  據他介紹,“慧眼”上共有三組中能望遠鏡機箱,總探測器面積達到952平方厘米,這麼多探測器如果都從國外訂購,那價格將是一個天文數字;而中能望遠鏡團隊自主試制的硅-PIN探測器已經在實驗室取得了非常好的測試效果,其性能達到國際先進水平。

  可是,自主研制的探測器一走出實驗室的象牙塔,就要面臨一係列嚴酷的航天篩選試驗。

  “中能,是三組望遠鏡裏研制難度最大的,讓研制團隊吃夠了苦頭。”盧方軍這樣評價道。

  衡量探測器性能優劣的一項重要指標叫暗電流。暗電流會産生噪聲,所以越小越好。在實驗室裏,中能望遠鏡團隊已經將探測器的暗電流降到了PN量級;但是,在封裝和試驗過程中,暗電流經常一下就升到納安量級了。“微安量級已經非常小了,納安量級更小。對于工業部門來説,要做到PN量級難度非常大。”

  一方面,對環境潔凈度的要求達到了近乎苛刻的地步,任何一點微小的污染,比如哈口氣,濺上去一點唾沫星子,都可能造成暗電流飆升,導致探測器毀壞;另一方面,國內仍不掌握探測器的密封技術,污染隨時可能發生。

中能團隊全副“武裝”才能靠近儀器元件。

  據盧方軍介紹,國外探測器都用對X射線吸收較弱的鈹片密封,但是鈹的蒸汽有劇毒,受相關法律法規限制,不能對探測器進行封裝密封,在電裝和測試過程中很容易造成污染。

  在這個過程中,大批量的探測器壞掉了。“我們做了18000片裸芯片,篩選合格的有4500多片,拿到工業部門2200多片,在封裝和篩選的過程中,大約只有40%能通過。最後,我們一共生産了880個探測器,安裝在衛星上的是400多個。”曹學蕾説。

  回憶面對困難時的情景,曹學蕾説自己覺也睡不著,腿像灌了鉛一樣,“但從來沒想過要放棄,而是要用盡所有辦法去解決難題”。

  低能團隊:用一根毛的刷子掃掉故障

LE探測器機箱組裝(中科院高能所供圖)

  2005年,負責低能望遠鏡設計的陳勇研究員去英國的盧瑟福實驗室學習,看到了包括準直器、SCD探測器和遮光膜在內的很多寶貝。因為在國內從未見過,他看得眼花繚亂,也看得一頭霧水。

  “簡直不敢想象,準直器可以做得那麼精巧,遮光膜可以做得那麼薄。”陳勇回憶説。準直器是探測器的一個組成部分,可以用來限制X射線的入射方向,以便確定天體源的方位。遮光膜可以過濾可見光和紫外線,只讓X射線透過。

  巨大的落差沒有讓陳勇泄氣,反而激發了他的鬥志。陳勇帶領團隊通過不斷琢磨和反復試驗,研制出了只有幾百納米薄的遮光膜以及和盧瑟福實驗室同樣精巧的準直器。

  2012年,低能望遠鏡團隊遇到了一次重大挫折。“把兩套樣機放到衛星上進行聯調測試,一下子冒出來很多問題。那段時間,每天都加班,夜裏兩三點才回家,可問題老也解決不了。”低能望遠鏡副主任設計師崔葦葦回憶説。

  陳勇指出,這主要是軟件方面的問題,兩套樣機共64路探測器,路數一聯多了,程序上多一個空行,挪一下段落,看著沒什麼問題,但實際上就是不行。解決這些問題需要極大的耐心和嚴謹,崔葦葦為每個版本的樣機都做了詳細的記錄,筆記本記滿了十幾本。

  好不容易渡過這一次危機,2014年低能望遠鏡團隊又經歷了一次“歸零”。故障歸零制度是中國航天係統多年的慣例,是指只要發現一點兒故障,不管大小,必須推倒一切從零開始。

  陳勇説:“做真空試驗的時候,有半個機箱的探測器出了問題。我們就一塊板一塊板來排查,分析來分析去,認為可能是某個探測器的兩個電極之間落了點東西造成了短路。我們就把這個探測器取下來,用顯微鏡放大了200倍,終于看清果然有一個幾十微米大小的東西。”

  “這個連肉眼都看不見的異物,該怎麼清除呢?于是,我們買了一根毛筆,剪得只剩下一根毛,用這支只剩一根毛的毛筆把它掃掉了。”陳勇説。

只有一根毛的毛筆。

  盧方軍指出,其實,“慧眼”的幕後英雄很多,還包括有效載荷副總設計師徐玉朋、有效載荷總調度張帆、總質量師張承模、主結構分係統主任設計師張童等人。

  “能和這麼多優秀的同事一起工作、共渡難關,是我人生中最愜意的事情之一。”盧方軍説。(制圖:圖片由新華社記者賀萌手繪)

+1
【糾錯】 責任編輯: 陳俊松
相關新聞
新聞評論
    加載更多
    全程無人駕駛——探秘地鐵燕房線
    全程無人駕駛——探秘地鐵燕房線
    夏日黃土高原
    夏日黃土高原
    油葵花海醉遊人
    油葵花海醉遊人
    視障大學生余亞男:大學英語考試有了盲文試卷!
    視障大學生余亞男:大學英語考試有了盲文試卷!
    010030090950000000000000011101031121163573