我們的征途是宇宙星辰

+ 演講者：陳雯（中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院 科學(xué)衛(wèi)星總體部副部長(zhǎng)）

我們是為科學(xué)家服務(wù)的工程師。

科學(xué)衛(wèi)星有哪些？

科學(xué)衛(wèi)星，顧名思義，是做科學(xué)的研究、探索、發(fā)現(xiàn)之用的衛(wèi)星?？茖W(xué)衛(wèi)星關(guān)注四個(gè)領(lǐng)域：地球科學(xué)、日地科學(xué)、空間天文學(xué)、深空探測(cè)。

1、地球科學(xué)類衛(wèi)星。除了為人所熟知的對(duì)地成像衛(wèi)星，還有一類沒(méi)那么“耀眼”，但卻與人們的生活息息相關(guān)的微波載荷類衛(wèi)星。

例如氣象衛(wèi)星一般都搭載了微波成像儀、微波雷達(dá)載荷，微波類載荷觀測(cè)到的圖象經(jīng)過(guò)處理，就是人們非常熟悉的氣象云圖。

又如地球重力場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星。歐洲GOCE衛(wèi)星測(cè)量的圖象精確地展示了地球不同地區(qū)的引力差異，可以精確地描述地球的結(jié)構(gòu)和演化，提高人們對(duì)地球的認(rèn)知。此外還有二氧化碳探測(cè)的衛(wèi)星，微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研制的我國(guó)首顆全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星于2016年12月成功發(fā)射。

2、日地科學(xué)衛(wèi)星。這類衛(wèi)星的作用是對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行探測(cè)，以及研究太陽(yáng)對(duì)地球的影響。

1958年，美國(guó)第一顆人造衛(wèi)星“探索者1號(hào)”探測(cè)到地球周圍存在一個(gè)輻射區(qū)，即后來(lái)人們所熟知的范艾倫帶。太陽(yáng)風(fēng)所帶來(lái)的帶電粒子會(huì)在這里被捕獲，而當(dāng)太陽(yáng)發(fā)生磁暴，范艾倫帶的高能帶電粒子大量泄出，并最終導(dǎo)致極光現(xiàn)象。此后，科學(xué)家專門展開(kāi)了對(duì)范艾倫帶的研究。

另一類衛(wèi)星直接觀測(cè)太陽(yáng)，例如歐空局研制的Solar C衛(wèi)星，將飛往日地之間近太陽(yáng)的三分之一處，非常近距離地探測(cè)太陽(yáng)。微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院也在進(jìn)行日地科學(xué)衛(wèi)星的研制計(jì)劃，即太陽(yáng)風(fēng)磁層相互作用場(chǎng)景成像衛(wèi)星，也稱“微笑衛(wèi)星”。

3、空間天文衛(wèi)星。最著名的當(dāng)屬為全球無(wú)數(shù)人提供了桌面高清大圖的哈勃望遠(yuǎn)鏡，它于1990年發(fā)射，相機(jī)口徑0.85米，至今已經(jīng)在軌服務(wù)20多年。而它的繼任者詹姆士·韋伯望遠(yuǎn)鏡，直徑6米，主鏡由18塊子鏡構(gòu)成，每一塊子鏡都可以在軌進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，使其能夠?qū)V闊無(wú)垠的宇宙進(jìn)行更高精度、更高靈敏度的探測(cè)。全世界的天文學(xué)家都非常期待這顆衛(wèi)星的升空，期待由它帶來(lái)對(duì)宇宙新的發(fā)現(xiàn)。

圖1：俄羅斯eROSITA X射線空間望遠(yuǎn)鏡，54層鏡筒幾乎無(wú)縫地套在一起。

圖2：此圖用登山的比喻，展示微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院承擔(dān)的我國(guó)空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)，其中包括正在研制的，及正在開(kāi)展前沿研究的衛(wèi)星。包括月球軌道布設(shè)微納衛(wèi)星星座，探測(cè)超長(zhǎng)波無(wú)線電等；而探測(cè)引力波的GECAM雙星計(jì)劃，相當(dāng)于科學(xué)衛(wèi)星登山途中的明星，它要在百萬(wàn)公里的量級(jí)探測(cè)到皮米量級(jí)的精度，難度相當(dāng)大，在工程領(lǐng)域機(jī)、電、熱控制方面都有非常高的要求。

又如X射線望遠(yuǎn)鏡，它們探測(cè)的目標(biāo)是連光線都逃不出去的黑洞，還有包括各種劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象和噴流。我國(guó)在該領(lǐng)域也有研究，研制中的有中法天文衛(wèi)星和愛(ài)因斯坦探偵衛(wèi)星。

4、深空探測(cè)——代表人類對(duì)宇宙、對(duì)未知世界的好奇心。

這一方向，美國(guó)擁有很強(qiáng)的技術(shù)積累，例如火星探測(cè)。美國(guó)早在1964年就成功開(kāi)啟了對(duì)火星的探測(cè)，到目前為止已經(jīng)有好幾代火星車如勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)、好奇號(hào)登陸火星。

俄羅斯雖然是全球最早發(fā)射火星探測(cè)器的國(guó)家，但數(shù)次任務(wù)都以失敗告終。ESA的深空探測(cè)目標(biāo)包含太陽(yáng)星系的多個(gè)行星，最近即將發(fā)射的是“貝皮·哥倫布”水星探測(cè)器。

中國(guó)也啟動(dòng)了首次火星探測(cè)任務(wù)，將在2020年發(fā)射火星探測(cè)器，對(duì)火星開(kāi)展繞、落、巡科學(xué)探測(cè)。

工程師精神

為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)及探索夢(mèng)想，工程師們攀登著一個(gè)又一個(gè)工程技術(shù)的高峰。在此舉兩個(gè)迄今為止人類工程技術(shù)巔峰代表作為例。

1、俄羅斯eROSITA X射線空間望遠(yuǎn)鏡（圖1），其7個(gè)模塊都鑲嵌了由54層鏡筒套在一起的鏡子，表面金涂層的粗糙度達(dá)到納米級(jí)。54個(gè)鏡子幾乎無(wú)縫地套在一起，工藝難度登峰造極。

2、旅行者號(hào)探測(cè)器，1977年由美國(guó)發(fā)射，進(jìn)行行星際探測(cè)任務(wù)。迄今為止已經(jīng)在宇宙空間飛行了40多年，目前這兩顆衛(wèi)星已經(jīng)進(jìn)入太陽(yáng)系的邊緣，進(jìn)入星際空間。探測(cè)器首席科學(xué)家說(shuō)，從來(lái)沒(méi)有想到經(jīng)過(guò)40年，衛(wèi)星還能工作！科學(xué)家預(yù)計(jì)到2030年，旅行者號(hào)的信號(hào)就將再也收不到了。

這正是工程師精神——不斷追求、精益求精，更好地為科學(xué)家服務(wù)。

認(rèn)知宇宙，探理求真，青春無(wú)悔，燦若星辰。

1990年，著名的天文學(xué)家和科普推動(dòng)者卡爾·薩根說(shuō)服了NASA，在旅行者號(hào)完成所有太陽(yáng)星系任務(wù)時(shí)，讓它轉(zhuǎn)過(guò)身，對(duì)著地球的方向拍下了這張照片。地球在整個(gè)宇宙宏大的背景下，就是一個(gè)暗淡的藍(lán)點(diǎn)，人類不管幾千年還是幾十萬(wàn)年的文明和歷史，都在如塵埃般的這個(gè)暗淡的藍(lán)點(diǎn)之上。

一方面我們要更加珍惜地球，這是我們目前所知的唯一家園；另一方面，我們?cè)谶@么塵埃的角落，卻有探索宇宙的壯舉，人類應(yīng)該為自己感到自豪。