追梦星海:捕捉宇宙的“焰火”

作者: 吴⽉辉

来源: ⼈⺠⽇报

发布日期: 2024-05-30 17:21:45

中国科学院国家天⽂台的研究团队成功研制并发射了爱因斯坦探针卫星,该卫星能够捕捉到宇宙中的X射线暂现源和剧变天体,为科学研究提供了重要数据。团队成员在项目中展现了卓越的科研能力和无私的奉献精神,他们的工作不仅推动了科技进步,也为国家战略人才力量的建设做出了贡献。

编者按:党的⼆⼗⼤报告提出:“加快建设国家战略⼈才⼒量,努⼒培养造就更多⼤师、战略科学家、⼀流科技领军⼈才和创新团队、⻘年科技⼈才、卓越⼯程师、⼤国⼯匠、⾼技能⼈才。”在加快推进⾼⽔平科技⾃⽴⾃强的进程中,我国涌现出⼀批优秀的科技创新团队。今年5⽉30⽇是第⼋个“全国科技⼯作者⽇”,《⼈⺠⽇报》推出“⾛近优秀创新团队”系列报道,展示不同领域的科技⼯作者爱国奉献、勇攀⾼峰的创新历程和精神⻛貌。

4⽉27⽇,随着爱因斯坦探针卫星⾸批在轨科学探测图像的正式发布,中国科学院国家天⽂台研究员袁为⺠⼀直悬着的⼼终于放下了。这颗由中国科学院牵头、多个国际团队参与研制的空间科学卫星不负众望,成功“抓拍”到转瞬即逝的宇宙“焰火”。短短3个多⽉,爱因斯坦探针卫星就已探测到新的暂现源(宇宙中突然出现并迅速消失的天体)17例、恒星耀发168例,并引导国际上多个望远镜开展了跟随观测。

作为爱因斯坦探针卫星⾸席科学家,袁为⺠难掩兴奋:“⾸批发布的在轨探测图像证明了这颗卫星能够以很⾼的灵敏度寻找暂现源。”成绩背后离不开中国科学院国家天⽂台爱因斯坦探针卫星项⽬团队多年的努⼒与奋⽃,他们在卫星载荷、科学应⽤系统研制中发挥了关键作⽤。从2011年最初成⽴时的3个⼈,到2024年1⽉卫星发射时的30多⼈,这⽀年轻的科研团队在袁为⺠带领下,成功突破⼀系列关键探测技术,把梦想变成现实。

勇创新——不畏惧,攻难关。太空中的爱因斯坦探针卫星,像⼀朵盛开的双蕊荷花,12⽚“花瓣”每⼀⽚都是⼀台特殊的X射线望远镜。根据设计,爱因斯坦探针卫星的主要科学⽬标之⼀是发现宇宙中的X射线暂现源和剧变天体,监测已知天体的活动,探究这些现象的性质及相关物理机制。然⽽,宇宙中的X射线爆发现象通常会在短时间内出现和消失,就像宇宙中转瞬即逝的“焰火”。

这种宇宙“焰火”随机出现,很难预测,要想及时捕捉到,并⾮易事。“这就需要望远镜设备的视场越⼤越好,因为视场越⼤,看到随机事件的可能性越⼤。”宽视场X射线望远镜光学系统负责⼈、中国科学院国家天⽂台研究员张⾂说,“但另⼀⽅⾯,为了看到⽐以往更弱的爆发现象,就需要使⽤聚焦成像的技术。⽽传统的X射线聚成像望远镜的视场⾮常⼩。这两者是⼀个⽭盾。”如何解决这个⽭盾?

1979年,国外科学家从⻰虾眼球结构中获得灵感,提出模拟⻰虾眼制造望远镜,让X射线通过球⾯上指向同⼀个球⼼的⼤量微孔反射聚焦成像。然⽽,这项技术难度⾮常⾼。2010年,中国科学院国家天⽂台X射线成像实验室开始开展⻰虾眼微孔X射线成像光学应⽤技术的研发。在此基础上,2011年,袁为⺠决定带领团队向这⼀难题发起挑战,⾃主研制爱因斯坦探针卫星的核⼼载荷——宽视场X射线望远镜。

在宽视场X射线望远镜上,每⽚“⻰虾眼”镜⽚由近100万个⽅形玻璃⽅管拼接⽽成,每个玻璃⽅管的孔径只有40微⽶,壁厚仅8微⽶,连⼀根细发丝也插不进。每项指标⼏乎都接近参数极限。为了达到⽬标,项⽬团队苦思冥想各种解决⽅案,其间遭遇接⼆连三的困难。最紧张的时候,团队每天从清晨奋战到凌晨3点,连续坚持了3个⽉。

经过多轮攻关,完全国产化的“⻰虾眼”望远镜终于研制成功,观测灵敏度和空间分辨率相⽐同类型设备提升10倍以上。

“在⻓达7年的研制过程中,科学家与⼯程师经过了⽆数次磨合,载荷指标也进⾏了多次升级。”张⾂说,“我们超越极限、追求卓越的科学理念是⼀致的,未来研制团队还将携⼿挑战更⾼的⽬标。”敢担当——有勇⽓,扛重任。今年1⽉9⽇,在卫星发射前半⼩时,还有⼀项重要的⼯作需要去完成,就是取下宽视场X射线望远镜的保护盖。

袁为⺠说:“想要完成这项⼯作可不容易,需要冒极⼤的⻛险。”为了保证望远镜的洁净度,宽视场X射线望远镜的保护盖需要在临近发射前才能取下来。但是,那时整个卫星都被装进整流罩中,只能通过整流罩的⼀个⼩窗⼝取下来。团队中两名胆⼤⼼细的年轻⼈⻢啸浩和陈异凡,毅然承担了这项艰巨任务。

整流罩的⼩窗⼝距离地⾯⼤概有7层楼⾼,他们需要通过塔架爬上去,然后⼿持⼀种特殊装置,⽤类似“钓⻥”的⽅式,把保护盖取下来。“发射前半⼩时,⽕箭已经加注燃料,所以摘取镜盖的动作要尽快完成、⼈员要尽快撤离。”袁为⺠说,为此两位年轻⼈前期进⾏了多次训练。卫星发射当天,经过⼩⼼翼翼的操作,⻢啸浩和陈异凡最终圆满完成了任务,在场的⼈都被他们的勇⽓与担当深深打动。除了勇⽓与担当,还要敢于尝试和钻研新技能。

张⾂负责装配“⻰虾眼”时,镜⽚和架⼦之间有⼀条很⼩的缝⼉,需要⽤特殊的封装胶⼿⼯填上。“这项⼯作是张⾂⼀个⼈纯⼿⼯完成的。”国家天⽂台研究员、爱因斯坦探针卫星科学应⽤系统总师刘元说。刘元和张⾂⼀个办公室,对此记忆犹新:“那段⽇⼦⾥,张⾂每天早早来到单位,在实验室⾥默默‘填缝’,⼀直⼲到很晚才离开。”刘元还跟张⾂开玩笑:“有了这⻔新⼿艺,以后可以去做瓷砖美缝了。”

和张⾂的⼯作不同,刘元的⼯作主要包括两项:⼀是对卫星进⾏⽇常的监测,⼆是负责对卫星的观测数据进⾏处理和分析。“我们会把原始的数据进⾏解包,然后⽣成相应的科学数据产品,包括这些暂现源的能谱和光⾯的信息以及图像,供科学团队进⾏更深⼊地分析。”刘元说。他介绍,今年6⽉到7⽉期间,团队将继续进⾏卫星在轨测试,之后转⼊在轨科学运⾏阶段。

讲奉献——不⾔苦,冲在前。爱因斯坦探针卫星从研制到发射,每成功迈出⼀步,都离不开团队成员的协作和奉献。卫星成功发射前的⼀次天⽓“险情”,让团队成员⾄今记忆犹新。当时,卫星装上⽕箭运到塔架上后就开始下⾬,⽓氛顿时紧张起来,⼤家的⼼⼀下提到了嗓⼦眼。袁为⺠解释说:“⼀旦漏⾬,通过充氮⽓保护仪器洁净度的措施将会受到影响。”怎么办?团队⽴刻实⾏检查制度,每两个⼩时就派⼈到塔架上检查线缆窗⼝是否漏⾬。

“⽬前下着⼩⾬,线缆窗⼝完好⽆漏⾬,温度19.94摄⽒度、湿度39.52%,满⾜要求”“这个时间⾬停了,线缆窗⼝完好⽆漏⾬,温度19.69摄⽒度、湿度40.56%,满⾜要求”……在执⾏完检查任务后,每名队员都会及时在微信⼯作群⾥汇报结果,不放过每个细节。在各系统全⼒保障下,他们担⼼的事没有发⽣。

⾃今年2⽉下旬载荷完全开机以来,爱因斯坦探针卫星就源源不断地传回观测数据。3⽉15⽇,爱因斯坦探针卫星探测到⼀个快速X射线暂现源后,引起全球天⽂学家的关注。“我们迅速组织了6场全球讨论会。”团队成员孙惠说,“但讨论会的时间窗⼝太难约了。平衡之后,我们不得不约在北京时间晚上9点开会,导致中⽅的科研⼈员常常讨论到半夜。尽管如此,⼤家也没有任何怨⾔。”

在奉献中,年轻⼈也获得了成⻓。“⼈⽣难得有机会做这种极具挑战性的科学项⽬。”团队成员刘⽲阳格外珍惜这次机会,“我坚信,我们的⼯作将为⼈类探索更多宇宙奥秘提供有⼒⽀撑。”

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