科学卫星：中国航天劲吹创新之风

 

       “悟空”升空，不仅使“暗物质”一词成了媒体热词，而且也开启了中国空间科学探索的新时代。所谓暗物质，是一种不发光、不发出电磁波、也无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到的物质。美国科学家在一份报告中曾列出了21世纪要解答的11个科学问题，其中“什么是暗物质”被排在第一位。科学家估算，宇宙中包含了5%的普通物质，它们组成了包括地球在内的星系、恒星、行星等发光和反光物质，而其余的95%则是看不见的暗物质和暗能量。

 

       “悟空”是一颗令中国科学界兴奋并寄予厚望的卫星。常进说，“悟空”在天的工作轨道为高约500千米的晨昏太阳同步轨道，每天平均观测500万个高能粒子，每天回传的数据量约16G，相当于一部高清电影的数据量。地面上100多人的科学家团队在对数据开展分析研究。“悟空”是目前世界上观测能段范围最宽、空间和能量分辨率世界领先的高能粒子探测器。它的能段是国际“阿尔法磁谱仪”实验的10倍，探测器能量分辨比国际同类探测器高3倍以上。

 

       今年3月17日，“悟空”圆满完成了3个月的在轨测试任务，顺利交付用户单位。在轨测试期间，卫星完成了所有既定测试项目，各项技术指标达到或超过了预期，被专家们打了满分。

 

       今年4月6日，实践十号微重力科学卫星又从酒泉卫星发射中心飞向太空。这颗返回式卫星搭载了19项实验，主要研究微重力和空间辐射条件下的物质运动及生命运动规律。在它返回地球前，就从中科院传来了振奋人心的消息：中国科学家通过实践十号，首次在太空中实现了小鼠的胚胎发育，并在全球第一次于地面上看到了小鼠胚胎在太空发育的清晰照片。此外，中科院力学所的科研人员也成功地在卫星上开展了非金属材料的燃烧实验，为未来中国载人航天器的防火安全提供科学依据。

 

       在太空遨游12天之后，实践十号回收舱顺利降落在内蒙古四子王旗草原上。

 

       半年之内成功发射了两颗科学卫星，这只是中科院空间科学先导专项实施内容的一部分。另两颗星——量子科学实验卫星和硬X射线调制望远镜卫星将于今年下半年相继发射。

 

       “在‘十二五’末和‘十三五’初能够接连不断地发射中科院研制的4颗科学卫星，是中科院提前布局、长期研发的结果。”中科院国家空间科学中心主任吴季说，2011年，中科院启动先导专项时，空间科学第一批入选。中科院确定的原则是要以科学为牵引，围绕国家需求要有产出，要把眼光放长远些。经过近5年的准备、研发、实验，两颗科学卫星才能在去年末及今年上半年顺利升空。“空间科学要想获得重大突破，就必须提前布好局。”吴季对此深有感触。

 

       科学卫星的研制为中国航天事业带来一股创新之风。“暗物质卫星是以载荷为中心的一体化结构设计。”中国科技大学教授、暗物质卫星副总设计师安琦说，以往卫星都是设计一个平台，相当于一个容器，然后把有效载荷置于其中，这时的有效载荷只能委曲地适应容器。而暗物质卫星的设计是以载荷（探测器）为中心，先把有效载荷集中安置好，再把卫星的其他部分见缝插针地“镶嵌”在有效载荷周边。这种设计使得有效载荷达到1410公斤，平台仅为440公斤，二者达到了3.2∶1。这种载荷比在世界上都是极高的。

 

       从1970年东方红一号卫星遨游太空至今，我国已发射了100多颗卫星。“但这些卫星多是遥感、通讯和导航等应用卫星，而真正用于支撑基础科学前沿探索的卫星还很少。现在我国的空间科学领域，特别需要‘悟空’这样的基础科学卫星。”中科院重大任务局局长王越超如是说。对此，吴季主任认为：“我们不能只作为空间知识的使用者，也应成为空间知识的创造者。中国要成为一个有责任有担当的大国，要对人类探索未知世界作出更多的贡献。”

 

       自2010年以来，国际空间科学领域取得了一系列重大成就。美国的太阳动力学天文台卫星，实现了迄今对太阳最高分辨率的日冕和磁场观测；欧空局的罗塞塔卫星搭载的菲莱着陆器实现了人类首次登陆彗星；日本的隼鸟号卫星实现了人类探测器首次在月球之外的小行星着陆并采样返回地球。为了弥补我国航天事业在空间科学和探索领域的“短板”，“十二五”期间，中科院在先导专项中将空间科学卫星计划作为最大的项目予以支持，不仅研制了4颗科学卫星，而且自下而上征集遴选了面向“十三五”及更远的空间科学卫星任务，对其完成了国际化论证，在研究的基础上编制了我国空间科学卫星“十三五”规划——《2016—2030空间科学规划研究报告》（以下简称《报告》）。

 

       《报告》提出的战略目标是：至2030年，我国要在宇宙的形成和演化、系外行星和地外生命的探索、太阳系的形成和演化、太阳活动及其对地球空间环境的影响等热点科学领域，通过系列科学卫星计划与任务以及“载人航天工程”相关科学计划，取得重大科学发现与创新突破，推动航天和相关高技术的跨越式发展。为了实现这一目标，《报告》提出了23个空间科学计划，包括“黑洞探针”计划、“天体号脉”计划、“链锁”计划、和“火星探测”计划等，至2030年预期要发射总计20颗左右的科学卫星。

 

       蓝图已经描好，未来正等待着我们去践行。