空間科學研究“群星”閃耀

從“悟空號”暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星、實踐十號返回式科學實驗衛(wèi)星、“慧眼號”硬X射線調(diào)制望遠鏡，到“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星，五年來，我國已成功發(fā)射四顆科學實驗衛(wèi)星，取得了一批先進科研成果。

工欲善其事，必先利其器?！笆濉逼陂g中科院實施空間科學先導(dǎo)專項，讓中國的空間科學研究邁上新臺階。

量子科研領(lǐng)跑世界

6月16日，“墨子號”量子衛(wèi)星在國際上率先實現(xiàn)千公里級的星地雙向量子糾纏分發(fā)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)空間尺度下嚴格滿足“愛因斯坦定域性條件”的量子力學非定域性檢驗的成果，以封面論文的形式發(fā)表在國際權(quán)威學術(shù)期刊《科學》雜志上。

8月10日，在國際上首次成功實現(xiàn)了從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)兩項成果，同時在線發(fā)表在國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然》雜志上。這標志著“墨子號”提前并圓滿實現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的全部三大科學目標。

從2003年潘建偉團隊提出利用衛(wèi)星實現(xiàn)星地間量子通信、構(gòu)建覆蓋全球量子保密通信網(wǎng)的設(shè)想，到2011年底，中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“量子科學實驗衛(wèi)星”正式立項，再到2016年“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星上天，這一系列科研成果，讓我國在量子科技創(chuàng)新方面實現(xiàn)了“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。

中國科學技術(shù)大學教授、“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星首席科學家潘建偉院士認為：“我們國家可以迅速決策并凝聚相關(guān)的隊伍和資源，讓‘墨子號’能夠在短短幾年內(nèi)得以上天。這種協(xié)同創(chuàng)新的巨大力量，我認為，將會是未來支撐中國走向世界科技強國的強大動力。”

量子隱形傳態(tài)論文的第一作者、中科大副研究員任繼剛自2005年就加入潘建偉團隊，見證了團隊在量子通信領(lǐng)域的發(fā)展歷程。任繼剛在量子衛(wèi)星項目中擔任科學應(yīng)用系統(tǒng)主任設(shè)計師，他和團隊成員負責地面站望遠鏡工程，驗收了5個地面站中的4個，包括2014年的河北興隆站，2015年的新疆南山站和青海德令哈站，2016年的阿里站。

圓滿完成了“墨子號”的三大科學試驗任務(wù)，團隊又有了新的想法。下一步，團隊將在星地雙向量子糾纏分發(fā)的基礎(chǔ)上，再進行貝爾態(tài)測量，實現(xiàn)相距遙遠的兩個地面站之間的量子隱形傳態(tài)?！啊犹枴€會飛行一年時間，不久前我們在青海湖實現(xiàn)了白天遠距離（53公里）自由空間gvGr+RphYNnWtXw7eLslAg==量子密鑰分發(fā)，接下來我們還會做研究，讓衛(wèi)星在白天也能夠‘上崗’?！比卫^剛說。

“火眼金睛”探測暗物質(zhì)粒子

“目前暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星工作在預(yù)定的巡天觀測模式，已經(jīng)獲得了31億個高能粒子事件，同時進行了電子宇宙線高精度測量，在觀測宇宙高能電子能譜以及結(jié)構(gòu)方面取得了一些重要結(jié)果?？茖W家團隊正在對宇宙質(zhì)子、氦核數(shù)據(jù)進行分析，預(yù)計今年內(nèi)可以發(fā)表質(zhì)子、氦核觀測結(jié)果。”暗物質(zhì)衛(wèi)星總指揮朱振才研究員說。

2015年12月17日，暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。衛(wèi)星已經(jīng)在500km的太陽同步軌道上運行了近20個月，朱振才表示，經(jīng)過在軌測試，衛(wèi)星所有指標達到或優(yōu)于設(shè)計指標，衛(wèi)星功能與性能參數(shù)穩(wěn)定且符合要求，各分系統(tǒng)、單機、軟件工作狀態(tài)正常、穩(wěn)定，有效載荷關(guān)鍵指標超過國際同類探測器水平，能量分辨率達到世界第一。

暗物質(zhì)衛(wèi)星總設(shè)計師李華旺研究員說：“‘悟空’在太空中主要開展高能電子及高能伽馬射線探測任務(wù)，探尋暗物質(zhì)存在的證據(jù)，研究暗物質(zhì)特性與空間分布規(guī)律?！?/p>

李華旺說：“我國暗物質(zhì)衛(wèi)星的優(yōu)勢在于觀測的能量范圍最寬，能量分辨率最優(yōu)，是阿爾法磁譜儀（AMS）和電子對望遠鏡（CALET）的2倍以上?！睂Υ?，他打了個比方：“能量范圍和能量分辨率其實是有矛盾的，就像人的眼睛一樣，看遠處，視野范圍變寬，就觀察不到細微的東西，看到了近處細微的事物，視野范圍就變窄了，但是‘悟空’在這兩方面做到了最優(yōu)?！?/p>

作為空間科學先導(dǎo)專項首顆發(fā)射的衛(wèi)星，研制團隊深知經(jīng)費來之不易，想盡了各種辦法降低成本，朱振才和李華旺不約而同地提起了為衛(wèi)星“量體裁衣”的經(jīng)過。

為了控制衛(wèi)星重量，經(jīng)過日夜攻關(guān)，無數(shù)方案提出又被否定，最終研制團隊確定了“以載荷為中心，一體化設(shè)計”的全新理念，姿態(tài)控制、電源熱控等衛(wèi)星平臺設(shè)備包裹在有效載荷周圍，最終使整星重量控制在1.85噸，有效載荷達到1.41噸。

“1.8噸的衛(wèi)星長二丁就可以發(fā)射，超重就可能用長四乙，運載價格超過一倍”，李華旺表示，最終團隊節(jié)約了幾千萬的運載成本。

團結(jié)的空間科學“夢之隊”

2015年12月，暗物質(zhì)衛(wèi)星發(fā)射前一周，“悟空”已被放置在塔架上。

“衛(wèi)星平臺某個傳感器的信號與在地面測試時有差異，可能需要把衛(wèi)星卸下來返回廠房檢測，消除疑點?！?/p>

“你是衛(wèi)星的總指揮，工程上的事情，你做的任何決定我都支持，如果有什么問題，我們一起來擔?！?/p>

這段與暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學家、紫金山天文臺副臺長常進的通話，一直讓朱振才記憶猶新，“我們是一支非常團結(jié)、互相信任的隊伍”。

對于量子科學實驗衛(wèi)星團隊同樣也是如此。任繼剛說：“團隊在一起十來年，大家的脾氣相投，合作很愉快。潘建偉老師在學術(shù)上非常嚴謹，要求很嚴格，但在生活上對大家十分關(guān)心?！?/p>

對中科大副研究員曹原而言，印象最深的是那首由《南山南》改編的《量子星》?！澳阍诘厍虻能壍览?，自由地飛/我在地面的山頂上，寒風在吹/如果天黑之后來得及，我要望著你的眼睛/奮斗一生，完成我們的夢/一路順風，我們的量子衛(wèi)星”，在去年的院內(nèi)活動上，曹原是主唱之一。

“唱這首歌的時候非常自豪，當時衛(wèi)星完成了在軌測試，大家心里比較踏實，現(xiàn)在這首歌已經(jīng)成了我們的‘組歌’。”

朱振才也擔任了量子科學實驗衛(wèi)星的衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師，在他看來，科學衛(wèi)星的研制，很大程度能夠體現(xiàn)技術(shù)進步對科學發(fā)展的推動，用成熟技術(shù)支持新的科學探索和實驗。

中國科學院國家空間科學中心主任吳季最近撰文指出，空間科學衛(wèi)星系列就是新時期的“兩彈一星”任務(wù)。中科院在空間科學先導(dǎo)專項中，對“十三五”、“十四五”期間的科學衛(wèi)星進行了安排和部署。

目前，中科院與歐洲航天局聯(lián)合支持的太陽風-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星（SMILE）已經(jīng)立項實施，愛因斯坦探針衛(wèi)星（EP）、先進天基太陽天文臺衛(wèi)星（ASO-S）正在進行立項綜合論證。