作者:高雅丽 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/9/4 14:10:52
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科学实验卫星:空间科学研究“群星”闪耀

 

从“悟空号”暗物质粒子探测卫星、实践十号返回式科学实验卫星、“慧眼号”硬X射线调制望远镜,到“墨子号”量子科学实验卫星,五年来,我国已成功发射四颗科学实验卫星,取得了一批先进科研成果。

工欲善其事,必先利其器。国家主席习近平在2016年和2017年新年贺词中,两次提到科学卫星,表明了对我国基础科学领域进展的高度关注。“十二五”期间中科院实施空间科学先导专项,让中国的空间科学研究迈上新台阶。

量子科研领跑世界

6月16日,“墨子号”量子卫星在国际上率先实现千公里级的星地双向量子纠缠分发,并在此基础上实现空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验的成果,以封面论文的形式发表在国际权威学术期刊《科学》杂志上。

8月10日, 在国际上首次成功实现了从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态两项成果,同时在线发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上。这标志着“墨子号”提前并圆满实现预先设定的全部三大科学目标。

从2003年潘建伟团队提出利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的设想,到2011年底,中科院战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”正式立项,再到2016年“墨子号”量子科学实验卫星上天,这一系列科研成果,让我国在量子科技创新方面实现了“领跑者”的转变。

中国科学技术大学教授、“墨子号”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士认为:“我们国家可以迅速决策并凝聚相关的队伍和资源,让‘墨子号’能够在短短几年内得以上天。这种协同创新的巨大力量,我认为,将会是未来支撑中国走向世界科技强国的强大动力。”

量子隐形传态论文的第一作者、中科大副研究员任继刚自2005年就加入潘建伟团队,见证了团队在量子通信领域的发展历程。任继刚在量子卫星项目中担任科学应用系统主任设计师,他和团队成员负责地面站望远镜工程,验收了5个地面站中的4个,包括2014年的河北兴隆站,2015年的新疆南山站和青海德令哈站,2016年的阿里站。

圆满完成了“墨子号”的三大科学试验任务,团队又有了新的想法。下一步,团队将在星地双向量子纠缠分发的基础上,再进行贝尔态测量,实现相距遥远的两个地面站之间的量子隐形传态。“‘墨子号’还会飞行一年时间,不久前我们在青海湖实现了白天远距离(53公里)自由空间量子密钥分发,接下来我们还会做研究,让卫星在白天也能够‘上岗’”,任继刚说。

“火眼金睛”探测暗物质粒子

“目前暗物质粒子探测卫星工作在预定的巡天观测模式,已经获得了31亿个高能粒子事件,同时进行了电子宇宙线高精度测量,在观测宇宙高能电子能谱以及结构方面取得了一些重要结果。科学家团队正在对宇宙质子、氦核数据进行分析,预计今年内可以发表质子、氦核观测结果”,暗物质卫星总指挥朱振才研究员对《中国科学报》记者说。

2015年12月17日,暗物质粒子探测卫星“悟空”在酒泉卫星发射中心成功发射。卫星已经在500km的太阳同步轨道上运行了近20个月,朱振才表示,经过在轨测试,卫星所有指标达到或优于设计指标,卫星功能与性能参数稳定且符合要求,各分系统、单机、软件工作状态正常、稳定,有效载荷关键指标超过国际同类探测器水平,能量分辨率达到世界第一。

暗物质卫星总设计师李华旺研究员说:“‘悟空’在太空中主要开展高能电子及高能伽马射线探测任务,探寻暗物质存在的证据,研究暗物质特性与空间分布规律。”

李华旺说:“我国暗物质卫星的优势在于观测的能量范围最宽,能量分辨率最优,是阿尔法磁谱仪(AMS)和电子对望远镜(CALET)的2倍以上。”对此,他打了个比方:“能量范围和能量分辨率其实是有矛盾的,就像人的眼睛一样,看远处,视野范围变宽,就观察不到细微的东西,看到了近处细微的事物,视野范围就变窄了,但是‘悟空’在这两方面做到了最优。”

作为空间科学先导专项首颗发射的卫星,研制团队深知经费来之不易,想尽了各种办法降低成本,朱振才和李华旺不约而同地提起了为卫星“量体裁衣”的经过。

为了控制卫星重量,经过日夜攻关,无数方案提出又被否定,最终研制团队确定了“以载荷为中心,一体化设计”的全新理念,姿态控制、电源热控等卫星平台设备包裹在有效载荷周围,最终使整星重量控制在1.85吨,有效载荷达到1.41吨。

“1.8吨的卫星长二丁就可以发射,超重就可能用长四乙,运载价格超过一倍”,李华旺表示,最终团队节约了几千万的运载成本。

团结的空间科学“梦之队”

2015年12月,暗物质卫星发射前一周,“悟空”已被放置在塔架上。

“卫星平台某个传感器的信号与在地面测试时有差异,可能需要把卫星卸下来返回厂房检测,消除疑点。”

“你是卫星的总指挥,工程上的事情,你做的任何决定我都支持,如果有什么问题,我们一起来担。”

这段与暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进的通话,一直让朱振才记忆犹新,“我们是一支非常团结、互相信任的队伍”。

对于量子科学实验卫星团队同样也是如此。任继刚说:“团队在一起十来年,大家的脾气相投,合作很愉快。潘建伟老师在学术上非常严谨,要求很严格,但在生活上对大家十分关心。”

对中科大副研究员曹原而言,印象最深的是那首由《南山南》改编的《量子星》。“你在地球的轨道里,自由地飞/我在地面的山顶上,寒风在吹/如果天黑之后来得及,我要望着你的眼睛/奋斗一生,完成我们的梦/一路顺风,我们的量子卫星”,在去年的院内活动上,曹原是主唱之一。

“唱这首歌的时候非常自豪,当时卫星完成了在轨测试,大家心里比较踏实,现在这首歌已经成了我们的‘组歌’。”

朱振才也担任了量子科学实验卫星的卫星系统总设计师,在他看来,科学卫星的研制,很大程度能够体现技术进步对科学发展的推动,用成熟技术支持新的科学探索和实验。

中国科学院国家空间科学中心主任吴季最近撰文指出,空间科学卫星系列就是新时期的“两弹一星”任务。中科院在空间科学先导专项中,对“十三五”、“十四五”期间的科学卫星进行了安排和部署。

目前,中科院与欧洲航天局联合支持的太阳风-磁层相互作用全景成像卫星(SMILE)已经立项实施,爱因斯坦探针卫星(EP)、先进天基太阳天文台卫星(ASO-S)正在进行立项综合论证。

 
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2017/9/4 18:14:16 可变系时空多线矢主人
除黑洞外不存在“暗物质”,“悟空号”“火眼金睛”在太空也探测不到!但探测到的各种基本粒子及其变化规律却应珍视研究!

量子应是大量粒子集团表现和时空相宇统计的个体代表,只有各类大量粒子时空相宇统计的,显含时的最可几分布函数,相应的波函数才有所谓“量子纠缠”才能量子密钥分发!

必须纠正有关错误观点才能正确发展!
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