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探訪「悟空」的家

「悟空」的娘家——中科院微小衛星創新研究院。(取材自現代快報)
「悟空」的娘家——中科院微小衛星創新研究院。(取材自現代快報)
工作人員在中科院微小衛星創新研究院的衛星環境模擬實驗裝置裏工作。(新華社) 工作人員在中科院微小衛星創新研究院的衛星環境模擬實驗裝置裏工作。(新華社)

近日最火的「網紅」非「悟空」莫屬。這個「悟空」就是世界首顆暗物質粒子探測衛星,中國第一顆空間天文衛星。日前,國際權威學術期刊登出「悟空」可能首見暗物質的消息,讓中國科學家在暗物質研究上逐漸走到舞台中央。

現代快報報導,國際權威學術期刊《自然》日前在線發布,暗物質粒子探測衛星「悟空」在太空中測量到電子宇宙射線的一處異常波動,這可能與暗物質有關。這麼牛的「悟空」來自哪裡?當然不是花果山!探秘「悟空」的娘家,原來位於上海的中科院微小衛星創新研究院。

【出生地】中科院微小衛星院

據報導,位於上海張江高科技園的中科院微小衛星創新研究院,外表看起來非常普通。可你知道嗎,新一代北斗導航衛星、暗物質粒子探測衛星(悟空號)、量子科學實驗衛星(墨子)、天宮二號伴隨衛星等大家熟知的小衛星,都是在這裡「出生」的。

 走進「悟空」等小衛星的娘家,大廳左手邊是一整面牆的蔚藍星空,上面栩栩如生地畫了20多顆形態各異的小衛星,它們圍繞在地球周圍。衛星發射成功率100%,衛星研製周期縮短60%,批產衛星平台成本減低80%……中國科學院微小衛星創新研究院院長于英杰介紹,衛星創新院已發射25顆衛星,一批「叫得響,數得著」的科研成果驚艷全球。這正好印證了牆上張貼的習總書記的一句話:「只要堅持,夢想總是可以實現的。」

【練武藝】初樣星群聚大廠房

據悉,中科院微小衛星創新研究院現在一年可發射15顆到20顆衛星,目前還有30顆衛星在研。

報導說,穿過大廳,裡面就是「悟空」的出生地——AIT廠房。「其實就是總裝集成測試實驗的廠房。」中國科學院微小衛星創新研究院副院長、暗物質衛星總指揮、量子衛星總師朱振才說,衛星在這裡進行總裝集成並接受測試。

這個廠房可不能隨便進,進入前有一系列特殊的要求,比如必須換上專門的淡藍色工作服、戴上工作帽、套上鞋套,不能攜帶手機等通訊設備。換好衣服後,還必須進入風淋感應區,主要是除塵除靜電。

進入廠房,裡面高大寬敞,十分安靜,陳列著歷年來成功發射衛星的初樣星,每一顆都有說不完的故事。小衛星在踏上太空之旅前,正是在這近2000平方米的廠房裡,朝夕「生活」,精進「武藝」。

【瘦身術】量身定製衛星平台

報導指出,「悟空」最近成網紅,是因為其發現了疑似暗物質。想當年,「悟空」上天時就曾引起轟動。2015年,「悟空」在酒泉成功發射,「以載荷為中心,無平台一體化設計」成為該星的一大創新亮點。

「悟空」的初樣品看起來方方正正,沒啥特別,其實「肚子」裡藏著各種「機關」。其中最大的特點是,採用以載荷為中心的先進設計理念,0.45噸平台承載1.4噸載荷,大大節省了衛星研製和發射成本,並獲取了大量有價值的科學數據。

這背後就不得不提到暗物質衛星團隊。

「當時這個項目是競標來做的,我們團隊的方案是一改傳統『載荷適應平台』的設計思路,為載荷量身定製衛星平台——衛星重量可由原先方案中的不超過3噸,銳減為1.9噸。」朱振才表示,把姿態控制、電源熱控等設備保障系統包裹在有效載荷周圍,就像為載荷量身定製了一件衣服。這樣一來,衛星重量控制在1.9噸以內,就可節省幾千萬元的運載火箭成本。

【取經路】 太空之旅已經過半

另據中國青年報報導,兩年前,中國第一顆暗物質粒子探測衛星,悟空號成功飛天,踏上 「取經」之路。如今科學家發布的,正是它在太空遨遊530天的結果,按照3年的設計壽命,悟空號的太空之旅已經過半。

多年前,當天文學家發現「恆星圍繞銀河系中心旋轉的速度太快」時,不得不設想——在銀河系中除了可見物質,可能還有其他看不見的物質,它們合在一起的引力拉著這些恆星,使其不至於由於速度過高而飛離銀河系。人類為此所做的計算表明,這些「看不見的物質」總量遠遠超過「看得見的物質」。於是,前者就被暫時稱為暗物質。

用空間科學衛星工程常務副總指揮、中科院國家空間科學中心主任吳季的話說,暗物質之所以被稱為「暗」,是因為人類對它——這個比我們肉眼能夠看見的物質還要多4倍的神秘物質知之甚少,目前還只能通過引力作用進行推算。

揭開暗物質之謎,因此被認為是繼日心說、萬有引力定律、相對論及量子力學之後,基礎科學領域的又一次重大飛躍——其重要性以及難度之大可見一斑。

目前,人類「捕捉」暗物質主要有3種方法,可以形象地稱之為「上天、入地、對撞機」。這其中「上天」是間接探測方法,即「捕捉」暗物質互相湮滅時產生的痕跡。

暗物質衛星首席科學家、中科院紫金山天文台副台長常進說,儘管暗物質不會發光、也不與光作用,普通光學觀測也無法發現,不過當一對暗物質粒子偶然正碰的時候,會同時湮滅,可能會放出質子、電子及它們的反粒子、中微子和伽馬射線。

換言之,如果能夠精確測量到這些粒子的能譜,就可能發現武藝存在的蛛絲馬跡。

目前,「上天」的暗物質獵手中有3個較為知名,一個是安裝在國際空間站上的阿爾法磁譜儀2號,一個是美國宇航局的費米太空望遠鏡,一個就是中國的悟空號,而相比之下,悟空號是迄今為止觀測能段範圍最寬、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星,超過國際上所有同類探測器。

【觀宇宙】 悟空打開一扇新窗

如今,發布的數據結果也再次證實這一點:悟空號實現了國際上最精確和最高效的探測,與之相應的是,悟空號為人類觀測宇宙打開了一扇新的窗戶,並為人類判斷暗物質是否存在提供了「關鍵性數據」。

這批成果日前在中國科學院發布時,吸引十多家外國媒體登門採訪——這在該院學術成果發布歷史上還是頭一回,在整個中國學術界也十分罕見。

當天,在眾多媒體和閃光燈的包圍下,中國科學院院長白春禮院士也沒有掩飾自己在這種時刻該有的興奮、激動,他說:「今天是一個非常重要的日子,也許在人類科學發展的歷史上,大家會記住今天。」

當然,悟空號用其前半生所帶來的突破,可能還需要人類再「消化」一陣子——28億高能宇宙射線,150萬25GeV能量以上的電子宇宙射線,國際上精度最高的電子能譜,以及人類第一次直接「看到」電子宇宙射線能譜在1 TeV處的「拐折」,等等——國際天文學界、物理學界已經「炸開了鍋」,夜以繼日地計算、分析。

報導指出,2016年3月,悟空號飛天不到3個月,中科院國家空間科學中心即組織專家對衛星進行在軌測試總結評審,當時給出的指標評定為「100分」。如今,悟空號在軌近兩年,常進說,「所有探測器性能和剛發射時一樣,依然是100分的狀態!」

 
中科院微小衛星創新研究院是中國「小衛星的搖籃」。 圖為工作人員在中科院微小衛星創新研究院總裝車間工作。(新華社)

中科院微小衛星創新研究院是中國「小衛星的搖籃」。 圖為工作人員在中科院微小衛星創新研究院總裝車間工作。(新華社)
悟空號衛星示意圖。(取材自中國青年報/中科院供圖)

悟空號衛星示意圖。(取材自中國青年報/中科院供圖)
進入廠房必須換上專門的工作服,戴上工作帽。(取材自現代快報)
進入廠房必須換上專門的工作服,戴上工作帽。(取材自現代快報)

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