“夸父一號(hào)”衛(wèi)星效果圖。資料圖片
“夸父一號(hào)”科學(xué)團(tuán)隊(duì)部分核心成員。資料圖片
“夸父一號(hào)”科學(xué)團(tuán)隊(duì)部分成員在酒泉衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)。資料圖片
“夸父一號(hào)”首席科學(xué)家甘為群。資料圖片
【人才強(qiáng)國(guó)新征程】
從古至今，太陽(yáng)引發(fā)了人類(lèi)太多的思考?？涓钢鹑盏膫髡f(shuō)，折射著中華民族對(duì)這顆耀眼恒星的好奇與向往。
2022年10月9日，中國(guó)綜合性太陽(yáng)探測(cè)專(zhuān)用衛(wèi)星“夸父一號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空，正式拉開(kāi)了我國(guó)對(duì)日空間探測(cè)的序章。
2023年1月12日，由兩院院士投票評(píng)選的2022年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞在京揭曉，“‘夸父一號(hào)’發(fā)射成功并發(fā)布首批科學(xué)圖像”，位列其中。
仰望天空，風(fēng)云浩蕩，有一群人可以在心中清晰勾勒出“夸父一號(hào)”的樣貌細(xì)節(jié)。他們，是“夸父一號(hào)”首席科學(xué)家、中科院紫金山天文臺(tái)研究員甘為群率領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)。
“夸父一號(hào)”的逐日之旅，凝結(jié)著他們長(zhǎng)達(dá)11年的歲月與心血。
不講榮譽(yù)利益 只管埋頭苦干
“雖然現(xiàn)在人類(lèi)對(duì)宇宙的觀測(cè)已經(jīng)延伸至130億光年以外，但迄今為止，太陽(yáng)仍然是浩瀚宇宙中唯一可供人類(lèi)詳細(xì)研究的恒星?！备蕿槿赫f(shuō)，“太陽(yáng)上發(fā)生的活動(dòng)，不只影響著地球和人類(lèi)，也可能在其他恒星上演。所以人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)的物理過(guò)程越了解，對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)也會(huì)更深刻。”
開(kāi)啟中國(guó)太陽(yáng)探測(cè)新時(shí)代的“夸父一號(hào)”，全稱(chēng)為先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)，運(yùn)行在距離地面約720千米的太陽(yáng)同步晨昏軌道。它是我國(guó)第一顆綜合性太陽(yáng)探測(cè)專(zhuān)用衛(wèi)星，上面有3臺(tái)載荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)“一磁兩暴”多波段和空間拓展上的組合觀測(cè)是其主要特色。
太陽(yáng)活動(dòng)以11年為周期，第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期開(kāi)始于2020年，將持續(xù)到2031年左右。這一周期內(nèi)的峰值預(yù)計(jì)將出現(xiàn)在2024年到2025年，那時(shí)太陽(yáng)爆發(fā)現(xiàn)象也最頻繁。
“‘夸父一號(hào)’于2022年發(fā)射，可以記錄下太陽(yáng)活動(dòng)由少變多、逐漸活躍直至達(dá)到高峰的過(guò)程，有利于捕捉到更多劇烈爆發(fā)現(xiàn)象。”“夸父一號(hào)”HXI載荷數(shù)據(jù)科學(xué)家、中科院紫金山天文臺(tái)研究員蘇楊表示，“空間探日，是研究和了解太陽(yáng)的重要一步，對(duì)人類(lèi)自身生存也具有重要現(xiàn)實(shí)意義?！?/p>
與太陽(yáng)活動(dòng)周期11年“同步”，“夸父一號(hào)”的發(fā)射適逢空間科學(xué)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施11年?！啊涓敢惶?hào)’緣起于2011年中科院首批空間科學(xué)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)的立項(xiàng)實(shí)施?！备蕿槿航榻B，“從概念性提出，到可行性研究、工程立項(xiàng)、工程實(shí)施，‘夸父一號(hào)’是一個(gè)大科學(xué)工程。11年期間，歷經(jīng)各種磨難，有科學(xué)上的挑戰(zhàn)，更有資金、人員、施工等方面的難關(guān)?！?/p>
“‘夸父一號(hào)’的成功發(fā)射和運(yùn)轉(zhuǎn)，讓我們深刻理解了‘兩彈一星’精神和載人航天精神，簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是大團(tuán)隊(duì)團(tuán)結(jié)協(xié)作，不講榮譽(yù)利益，只管埋頭苦干?！备蕿槿簭?qiáng)調(diào)，“主動(dòng)肩負(fù)起歷史重任，把自己的科學(xué)追求融入建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的偉大事業(yè)中去，是新時(shí)代中國(guó)科技工作者精神世界的真實(shí)寫(xiě)照?！?/p>
“24小時(shí)在線”的科研團(tuán)隊(duì)
“我們的衛(wèi)星目前還處于在軌測(cè)試階段，這個(gè)階段主要目的是驗(yàn)證載荷的觀測(cè)能力以及載荷是否先進(jìn)?！备蕿槿航榻B，為了實(shí)現(xiàn)“一磁兩暴”的科學(xué)目標(biāo)，“夸父一號(hào)”攜帶了三個(gè)載荷——全日面矢量磁像儀(FMG)、太陽(yáng)硬X射線成像儀(HXI)和萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡(LST)。
三個(gè)載荷的研制工作，都是全新的。研制團(tuán)隊(duì)在幾年時(shí)間里分頭完成了從“0到1”的探索。
HXI載荷的主要科學(xué)目標(biāo)是在約30keV～200keV能量段，對(duì)太陽(yáng)耀斑的高能輻射進(jìn)行能譜和成像觀測(cè)?！霸趪?guó)內(nèi)，我們第一次研制這么高分辨率的硬X射線成像設(shè)備，并做到了跟國(guó)際最高水平相近?！碧K楊說(shuō)。
為了實(shí)現(xiàn)1.2米距離上微米級(jí)形變和角秒級(jí)扭轉(zhuǎn)的高精度監(jiān)測(cè)，蘇楊和團(tuán)隊(duì)用了幾年時(shí)間開(kāi)展攻關(guān)，提出并驗(yàn)證了新的解決方案“太陽(yáng)指向鏡零位定標(biāo)方案”及配套算法，成功解決了這個(gè)難題，同時(shí)將太陽(yáng)中心的定位精度從2個(gè)角秒提高到優(yōu)于0.3個(gè)角秒。
在對(duì)HXI準(zhǔn)直器飛行件進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)定和測(cè)量過(guò)程中，由于現(xiàn)有設(shè)備達(dá)不到目標(biāo)要求，一項(xiàng)重要測(cè)試結(jié)果一直不盡如人意。HXI主任設(shè)計(jì)師張哲帶領(lǐng)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)重新采購(gòu)了高精度設(shè)備，并自行設(shè)計(jì)搭建了25米X射線束流測(cè)試平臺(tái)。場(chǎng)地條件簡(jiǎn)陋，團(tuán)隊(duì)成員的吃住行需要克服重重困難。最終，團(tuán)隊(duì)成功獲得了91個(gè)子準(zhǔn)直器的測(cè)試曲線。
“LST載荷提供了首個(gè)在萊曼阿爾法波段的全日面和內(nèi)日冕的連續(xù)觀測(cè)?！盠ST載荷數(shù)據(jù)科學(xué)家、中科院紫金山天文臺(tái)研究員封莉介紹，LST包含太陽(yáng)日面成像儀、太陽(yáng)白光望遠(yuǎn)鏡、太陽(yáng)日冕儀三臺(tái)子載荷。
2021年夏天，為如期完成太陽(yáng)日冕儀的研發(fā)工作，封莉和團(tuán)隊(duì)成員與技術(shù)難題展開(kāi)“死磕”?！皫讉€(gè)人基本上是輪流通宵?！狈饫蚧貞浀溃皬脑嘉锢韰?shù)的模擬，到合成萊曼阿爾法波段的成像，再到給載荷研制方提供具體技術(shù)參數(shù)，大家面臨的挑戰(zhàn)層出不窮?！?/p>
“這是一個(gè)痛并快樂(lè)的過(guò)程?？朔萍茧y題，實(shí)現(xiàn)我國(guó)太陽(yáng)衛(wèi)星探測(cè)多項(xiàng)零的突破，對(duì)大家既是挑戰(zhàn)又是動(dòng)力?！薄翱涓敢惶?hào)”LST載荷科學(xué)團(tuán)隊(duì)成員、中科院紫金山天文臺(tái)副研究員盧磊說(shuō)，“我們是一個(gè)‘24小時(shí)在線’的團(tuán)隊(duì)，任何時(shí)間在線上拋出問(wèn)題，都會(huì)有人立即響應(yīng)，研討交流隨時(shí)都在進(jìn)行。”
“從吃‘現(xiàn)成飯’，到‘燒大餐’給大家吃”
2022年10月9日，7時(shí)43分。
黃宇這一生都會(huì)記得，在那個(gè)秋意微涼的清晨，長(zhǎng)征二號(hào)丁型運(yùn)載火箭成功將“夸父一號(hào)”發(fā)射升空。
作為“夸父一號(hào)”衛(wèi)星首席科學(xué)家助理、科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)副總師，黃宇親歷了“夸父一號(hào)”研制的全過(guò)程。他強(qiáng)調(diào)：“經(jīng)歷4到6個(gè)月調(diào)試后，‘夸父一號(hào)’每天將產(chǎn)生大約500GB的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)，我們對(duì)太陽(yáng)的研究將不再完全依靠國(guó)外的空間數(shù)據(jù)?！?/p>
“‘夸父一號(hào)’進(jìn)入科學(xué)運(yùn)行階段后，它的衛(wèi)星數(shù)據(jù)連同數(shù)據(jù)分析軟件將對(duì)國(guó)內(nèi)外同行開(kāi)放共享，圍繞其觀測(cè)結(jié)果的研究有望成為國(guó)際熱點(diǎn)?！备蕿槿赫f(shuō)。
2022年12月13日，我國(guó)綜合性太陽(yáng)探測(cè)專(zhuān)用衛(wèi)星“夸父一號(hào)”首批科學(xué)圖像在京發(fā)布，其中多幅圖像達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
“當(dāng)前，我國(guó)的太陽(yáng)物理研究論文總數(shù)已居世界第二位，但這些論文所使用的研究數(shù)據(jù)大都來(lái)自國(guó)外的衛(wèi)星，缺少自己原創(chuàng)性貢獻(xiàn)?！秉S宇表示，“‘夸父一號(hào)’不僅可以讓我們擁有第一手的太陽(yáng)研究數(shù)據(jù)，也將為國(guó)際天文學(xué)研究貢獻(xiàn)中國(guó)力量?！?/p>
“一個(gè)完整的科研體系包括儀器、觀測(cè)、研究。我們之前更多的是利用國(guó)外衛(wèi)星的數(shù)據(jù)直接研究?！备蕿槿赫f(shuō)，“打個(gè)比喻，以前我們吃‘現(xiàn)成飯’，現(xiàn)在我們‘自己燒飯’，以后我們要‘燒大餐’給大家吃?！?/p>
路雖遠(yuǎn)，行則將至。“在衛(wèi)星研制階段，任何一個(gè)考慮不周都會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果?！薄翱涓敢惶?hào)”HXI載荷科學(xué)團(tuán)隊(duì)成員、中科院紫金山天文臺(tái)博士后夏凡小雨于2018年加入團(tuán)隊(duì)的科研工作。她說(shuō)：“這幾年，不僅跟著老師們開(kāi)展了一系列開(kāi)拓性的科研工作，而且培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，最重要的是樹(shù)立了攀登世界空間科學(xué)最高峰的信心?！?/p>
早春二月，萬(wàn)物萌發(fā)，“夸父二號(hào)”的規(guī)劃研發(fā)工作也已蓄勢(shì)待發(fā)?！白鳛榭臻g科學(xué)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)，我們的衛(wèi)星肩負(fù)著采擷航天‘皇冠上的明珠’的使命，必須能夠增進(jìn)人類(lèi)前沿科學(xué)認(rèn)知、實(shí)現(xiàn)更多從‘0到1’的突破?！备蕿槿航榻B，“夸父二號(hào)”研發(fā)方案國(guó)內(nèi)目前有好幾個(gè)候選，前提必須是國(guó)際領(lǐng)先，我們團(tuán)隊(duì)也有一個(gè)從技術(shù)到科學(xué)均絕對(duì)先進(jìn)的編隊(duì)飛行太陽(yáng)觀測(cè)提案，簡(jiǎn)單講就是前面一顆衛(wèi)星攜帶新技術(shù)鏡頭，后面一顆衛(wèi)星放探測(cè)器，通過(guò)長(zhǎng)焦距得到前所未有的超高空間分辨太陽(yáng)探測(cè)圖像。
天空的點(diǎn)點(diǎn)繁星，始終是人類(lèi)的夢(mèng)想所在。甘為群團(tuán)隊(duì)以“現(xiàn)代夸父逐日”的科研故事告訴世界，在探索深空、探索自然的長(zhǎng)路上，中國(guó)正迎光啟航。（記者 羅旭）
（作者：羅旭)
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