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加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點,為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

首頁 > 學(xué)者風(fēng)采

經(jīng)過10余年持續(xù)攻關(guān),中國科學(xué)院國家天文臺愛因斯坦探針衛(wèi)星項目團隊攻克一系列關(guān)鍵技術(shù)

追夢星海 捕捉宇宙“焰火”

2024-05-27 人民日報 吳月輝
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語音播報

黨的二十大報告提出:“加快建設(shè)國家戰(zhàn)略人才力量,努力培養(yǎng)造就更多大師、戰(zhàn)略科學(xué)家、一流科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團隊、青年科技人才、卓越工程師、大國工匠、高技能人才?!?/strong>

在加快推進高水平科技自立自強的進程中,我國涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的科技創(chuàng)新團隊。今年5月30日是第八個“全國科技工作者日”,本版今起推出“走近優(yōu)秀創(chuàng)新團隊”系列報道,展示不同領(lǐng)域的科技工作者愛國奉獻、勇攀高峰的創(chuàng)新歷程和精神風(fēng)貌。

——編??者


愛因斯坦探針衛(wèi)星效果圖。中國科學(xué)院國家天文臺、歐洲航天局供圖

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

4月27日,隨著愛因斯坦探針衛(wèi)星首批在軌科學(xué)探測圖像的正式發(fā)布,中國科學(xué)院國家天文臺研究員袁為民一直懸著的心終于放下了。

這顆由中國科學(xué)院牽頭、多個國際團隊參與研制的空間科學(xué)衛(wèi)星不負眾望,成功“抓拍”到轉(zhuǎn)瞬即逝的宇宙“焰火”。短短3個多月,愛因斯坦探針衛(wèi)星就已探測到新的暫現(xiàn)源(宇宙中突然出現(xiàn)并迅速消失的天體)17例、恒星耀發(fā)168例,并引導(dǎo)國際上多個望遠鏡開展了跟隨觀測。

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

成績背后離不開中國科學(xué)院國家天文臺愛因斯坦探針衛(wèi)星項目團隊多年的努力與奮斗,他們在衛(wèi)星載荷、科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)研制中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。從2011年最初成立時的3個人,到2024年1月衛(wèi)星發(fā)射時的30多人,這支年輕的科研團隊在袁為民帶領(lǐng)下,成功突破一系列關(guān)鍵探測技術(shù),把夢想變成現(xiàn)實。

勇創(chuàng)新——

不畏懼,攻難關(guān)

太空中的愛因斯坦探針衛(wèi)星,像一朵盛開的雙蕊荷花,12片“花瓣”每一片都是一臺特殊的X射線望遠鏡。

根據(jù)設(shè)計,愛因斯坦探針衛(wèi)星的主要科學(xué)目標之一是發(fā)現(xiàn)宇宙中的X射線暫現(xiàn)源和劇變天體,監(jiān)測已知天體的活動,探究這些現(xiàn)象的性質(zhì)及相關(guān)物理機制。

然而,宇宙中的X射線爆發(fā)現(xiàn)象通常會在短時間內(nèi)出現(xiàn)和消失,就像宇宙中轉(zhuǎn)瞬即逝的“焰火”。這種宇宙“焰火”隨機出現(xiàn),很難預(yù)測,要想及時捕捉到,并非易事。

“這就需要望遠鏡設(shè)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?!睂捯晥鯴射線望遠鏡光學(xué)系統(tǒng)負責(zé)人、中國科學(xué)院國家天文臺研究員張臣說,“但另一方面,為了看到比以往更弱的爆發(fā)現(xiàn)象,就需要使用聚焦成像的技術(shù)。而傳統(tǒng)的X射線聚成像望遠鏡的視場非常小。這兩者是一個矛盾?!?/p>

如何解決這個矛盾?

1979年,國外科學(xué)家從龍蝦眼球結(jié)構(gòu)中獲得靈感,提出模擬龍蝦眼制造望遠鏡,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(shù)難度非常高。

2010年,中國科學(xué)院國家天文臺X射線成像實驗室開始開展龍蝦眼微孔X射線成像光學(xué)應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)。在此基礎(chǔ)上,2011年,袁為民決定帶領(lǐng)團隊向這一難題發(fā)起挑戰(zhàn),自主研制愛因斯坦探針衛(wèi)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,連一根細發(fā)絲也插不進。

每項指標幾乎都接近參數(shù)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(zhàn)到凌晨3點,連續(xù)堅持了3個月。

經(jīng)過多輪攻關(guān),完全國產(chǎn)化的“龍蝦眼”望遠鏡終于研制成功,觀測靈敏度和空間分辨率相比同類型設(shè)備提升10倍以上。

“在長達7年的研制過程中,科學(xué)家與工程師經(jīng)過了無數(shù)次磨合,載荷指標也進行了多次升級?!睆埑颊f,“我們超越極限、追求卓越的科學(xué)理念是一致的,未來研制團隊還將攜手挑戰(zhàn)更高的目標?!?/p>

敢擔(dān)當(dāng)——

有勇氣,扛重任

今年1月9日,在衛(wèi)星發(fā)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。

袁為民說:“想要完成這項工作可不容易,需要冒極大的風(fēng)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(fā)射前才能取下來。但是,那時整個衛(wèi)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(dān)了這項艱巨任務(wù)。

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,然后手持一種特殊裝置,用類似“釣魚”的方式,把保護蓋取下來。

“發(fā)射前半小時,火箭已經(jīng)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?!痹瑸槊裾f,為此兩位年輕人前期進行了多次訓(xùn)練。

衛(wèi)星發(fā)射當(dāng)天,經(jīng)過小心翼翼的操作,馬嘯浩和陳異凡最終圓滿完成了任務(wù),在場的人都被他們的勇氣與擔(dān)當(dāng)深深打動。

除了勇氣與擔(dān)當(dāng),還要敢于嘗試和鉆研新技能。

張臣負責(zé)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?!眹姨煳呐_研究員、愛因斯坦探針衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總師劉元說。劉元和張臣一個辦公室,對此記憶猶新:“那段日子里,張臣每天早早來到單位,在實驗室里默默‘填縫’,一直干到很晚才離開?!?/p>

劉元還跟張臣開玩笑:“有了這門新手藝,以后可以去做瓷磚美縫了?!?/p>

和張臣的工作不同,劉元的工作主要包括兩項:一是對衛(wèi)星進行日常的監(jiān)測,二是負責(zé)對衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)進行處理和分析?!拔覀儠言嫉臄?shù)據(jù)進行解包,然后生成相應(yīng)的科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品,包括這些暫現(xiàn)源的能譜和光面的信息以及圖像,供科學(xué)團隊進行更深入地分析?!眲⒃f。

他介紹,今年6月到7月期間,團隊將繼續(xù)進行衛(wèi)星在軌測試,之后轉(zhuǎn)入在軌科學(xué)運行階段。

講奉獻——

不言苦,沖在前

愛因斯坦探針衛(wèi)星從研制到發(fā)射,每成功邁出一步,都離不開團隊成員的協(xié)作和奉獻。

衛(wèi)星成功發(fā)射前的一次天氣“險情”,讓團隊成員至今記憶猶新。

當(dāng)時,衛(wèi)星裝上火箭運到塔架上后就開始下雨,氣氛頓時緊張起來,大家的心一下提到了嗓子眼。

袁為民解釋說:“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?!?/p>

怎么辦?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(zhí)行完檢查任務(wù)后,每名隊員都會及時在微信工作群里匯報結(jié)果,不放過每個細節(jié)。

在各系統(tǒng)全力保障下,他們擔(dān)心的事沒有發(fā)生。

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

3月15日,愛因斯坦探針衛(wèi)星探測到一個快速X射線暫現(xiàn)源后,引起全球天文學(xué)家的關(guān)注。

“我們迅速組織了6場全球討論會?!眻F隊成員孫惠說,“但討論會的時間窗口太難約了。平衡之后,我們不得不約在北京時間晚上9點開會,導(dǎo)致中方的科研人員常常討論到半夜。盡管如此,大家也沒有任何怨言?!?/p>

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(zhàn)性的科學(xué)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?!?/p>

(原載于《人民日報》 2024-05-27?19版)

打印 責(zé)任編輯:侯茜

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