科技日报记者 吴叶凡
6月26日，一个重磅发明吸引了全世界天文喜好者的眼光。中国科学院国度天文台发布动静，“天关”卫星乐成捕获到一个转眼即逝的宇宙X射线旌旗灯号，为展现恒星灭亡历程提供了全新视角。
“天关”卫星是一颗面向时域天文学的发明型X射线天文探测卫星。它是“宇宙焰火”的精准“捕手”，于软X射线波段开展高敏捷度及时动态巡天监测，可以或许体系性地发明宇宙高能暂现及巨变天体，探究其素质及物理历程。
“天关”卫星是国际首颗年夜视场X射线成像卫星。其总设计师张永合与海内外科研事情者一道，不停立异冲破，挑战机能极限。日前，张永合接管科技日报记者采访，讲述“天关”卫星暗地里的攻关过程及团队发展故事。
破解不雅测难题
记者：请您先容下“天关”卫星名字的由来。
张永合：我国许多空间科学卫星都有一个联合中汉文化及现代科技的名字，好比墨子号、悟空号、夸父一号等。天关星是金牛座的一颗星。公元1054年，天关星四周呈现了一个很亮的发作源，其时北宋的司天监不雅测并记载下了这一事务，将此次发作的超新星称为天关客星。
虽然我国最早记载了天关客星，但于现代天文研究中，对于其的不雅测事情一度依赖外洋的装备，例如钱德拉X射线天文台、哈勃空间千里镜等。“天关”卫星的呈现打破了我国于这一范畴的“缺席”场合排场。历经千年，咱们中国人用本身研制的装备，从头“看到”了它，是以这颗卫星被定名为“天关”卫星。
记者：这犹如一次穿越古今的“对于视”。
张永合：是的，咱们常说中国“天关”，一眼千年。这句话实在有两层寄义。一方面，经由过程“天关”卫星，研究职员可以或许看到上亿年前的宇宙天体。另外一方面，这也代表着颠末了千年，我国天文不雅测可以或许再续光辉。于古代，我国天文学家用眼睛来看，用翰墨来记载天关客星。今天，咱们用高科技从头“审阅”它。
记者：“天关”卫星的重要使命是甚么？
张永合：“天关”卫星的重要使命，是于软X射线波段开展不雅测，发明宇宙中的暂现源及猛烈发作天体。
暂现源是指于短期内呈现，然后很快消散的天体发作事务。它来患上快，去患上也快，人们把它形象地称作“宇宙焰火”。昔人把暂现天体称作“客星”，就是说及恒星比拟，它犹如“做客”同样，不久就“走了”。天关客星就是典型的暂现天体。汗青记录，它的亮度很强，不管白日晚上都能被看到。但如许的亮度连续了23天，后面就一点点地昏暗直至完全看不见。猛烈发作天体则是指亮度于短期内忽然呈现极年夜增加的天体。
记者：不雅测暂现源及猛烈发作天体的目的是甚么？
张永合：科学家们认为，暂现源及猛烈发作天体孕育发生在天体形成及演化的要害阶段，携带着宇宙、星系及恒星研究的要害信息。同时，它们于发作时孕育发生的能量很是年夜，可以或许把这些要害信息流传患上更远、更久。经由过程不雅测事情，咱们甚至可以或许吸收到来自上百亿年前的信息。这些宇宙形成初期的信息很是贵重，对于在研究宇宙中的极度征象、摸索宇宙演化秘密具备主要意义。
“天关”卫星的另外一个名字“爱因斯坦探针卫星”（Einstein Probe），也表现了研究的目的。爱因斯坦广义相对于论中有关在黑洞、引力波的相干预言。而孕育发生引力波时，可能陪同X射线辐射或者其他种类的电磁辐射。假如有引力波事务发生，“天关”卫星可以调解不雅测角度，监测是否有与引力波相对于应的电磁辐射旌旗灯号，使研究职员可以或许进一步摸索神秘的黑洞及引力波。
打造“万能冠军”
记者：对于比国际上其他不雅测暂现源的装备，“天关”卫星有哪些特色？
张永合：比拟国际同类卫星，“天关”卫星有三个凸起特色：年夜视场、高敏捷、准定位。作为一颗发明型的卫星，它不仅要具备敏捷的“嗅觉”，还有要具备宽广的“眼界”，只有如许才能捕获到一闪而过的“宇宙焰火”。于发明暂现源后，“天关”卫星还有能将其精准定位，定位精度可以到达1角分。今朝国际上能同时做到年夜视场及高敏捷的软X射线探测卫星，只有“天关”卫星。
此外，“天关”卫星能快速地与全世界天文不雅测装备举行信息交互。它还有搭载了两个焦距达1.6米的后随X射线千里镜，能看到更深远的宇宙空间。是以，咱们也形容它为兼具“广巡视、精捕获、快相应、深不雅测、速联网”长处的五项万能冠军。
记者：为了成为“五项万能冠军”，科研团队举行了哪些立异设计？
张永合：可以说“天关”卫星是一颗慢慢发展的卫星。研制历程中，咱们不停测验考试，努力挑战卫星机能极限，做到不留遗憾。一个数据可以申明其机能的不停晋升：于立项早期，“天关”卫星的设计重量仅有1吨，比及发射的时辰它的重量已经达1.4吨。
例如，为了实现“广巡视、精捕获”，咱们立异利用了“年夜眼”+“小眼”的设计。“年夜眼”是指12台软X射线千里镜（WXT）模块。经由过程应用“龙虾眼”微孔阵列聚焦成像技能，它不仅具备3600度的年夜视场，还有实现了不雅测敏捷度及空间分辩率1至2个数目级的晋升。“小眼”是指两台后随X射线千里镜（FXT）。它的视场虽然不到1度，但吸收光子的面积更年夜，看患上更清楚，是“天关”卫星的“千里眼”。
为了实现“年夜眼”“小眼”的快速切换、精准共同，咱们于卫星上设计了全自立的探测、处置惩罚、定位、机动、信息分发相应流程，可以或许自立辨认与阐发暂现源，主动摆列优先级，及时发布暂现源位置和光子信息并触发卫星机动；还有配置了6个鼎力大举矩反作用飞轮，包管后随千里镜可以或许即时指向龙虾眼千里镜发明的暂现源，开展后随深度不雅测。
记者：甚么是“龙虾眼”微孔阵列聚焦成像技能？
张永合：这与成像道理有关。简朴来讲，“天关”卫星的成像道理近似光学相机，要对于“光”举行聚焦及处置惩罚。但难点于在，通例光学器件没法聚焦“天关”卫星网络的软X射线。科学家们想到了龙虾的眼睛。龙虾眼是反射式复眼，由上千个“小眼”（多个自力光学单位）构成，如许的布局带来了年夜视线及较强的聚光能力。
仿照龙虾的眼睛，载荷团队于软X射线千里镜上运用了微通道光学（MPO）成像技能。12个千里镜共配置了432个MPO镜片，每一个MPO镜片上面漫衍着上百万个微小的方孔。X射线光子于进入小孔后，会于平滑的微通道内壁上发生全反射，并于违照式CMOS探测器上聚焦成像。如许，“天关”卫星就有了几亿个吸收宇宙深处X射线光子的微孔。
记者：从图片上看，14只“眼睛”的排布也颇有特色。
张永合：是的，“天关”卫星像一朵盛开的莲花，2台后随千里镜是“花蕊”，12台龙虾眼千里镜是“花瓣”。它们凹凸错落漫衍，注视着差别天区。一块高耸的遮阳板将这朵“莲花”掩护起来，有用制止了太阳光芒对于仪器不雅测造成滋扰。
值患上一提的是，于最初的两版方案中，并无这把“遮阳伞”。跟着研究的深切，科学家们但愿不雅测一些接近太阳的方针。其时间隔投产仅剩几个月。为了避免让卫星带着科学家的遗憾上天，咱们给卫星动了一次“年夜手术”，增长了遮阳板，同时采用了全桁架势光学平台，将12台龙虾眼千里镜歪斜起来，避开遮阳板的滋扰，让12只“龙虾眼”眼光炯炯地凝视着宇宙深空。
记者：“天关”卫星于通信方面举行了哪些立异？
张永合：卫星于天上其实不是“孤军奋战”，而是经由过程联动地面装备及其他卫星，实现有用信息的同享，以到达更好的不雅测效果。为了让“天关”卫星快速与其他装备“说上话”，咱们运用VHF与斗极短报文体系，成立起“天关”卫星及时通信瓜葛网，实现了与全世界天文不雅测装备的一体化“互联”模式。
VHF是法国空间研究中央设置装备摆设的一个地面VHF波段及时吸收收集，咱们可以借助它将“天关”卫星的不雅测成果快速发送给其他装备。斗极短报文体系则近似在互发短信的情势，仅需几个字节就能将主要方针的天文位置坐标发到“天关”卫星上。
后续，咱们还有规划举行软件进级优化，晋升“天关”卫星及中法天文卫星等其他装备的通信交流效率。
培育新生气力
记者：卫星是一个极其繁杂的体系。“天关”卫星的研发、运行由如何一群科研职员来支撑？
张永合：咱们是一支比力年青的团队，主干成员春秋于三十岁摆布。团队总范围近百人，包括卫星设计、载荷设计、计较机、机械、电子信息等专业的人材。研制空间科学卫星是一个不停得到新熟悉的历程，每一当碰到问题，咱们城市于一路切磋，集思广益解决问题。
我是节制专业身世。于卫星研制历程中，我不停向天文学家们进修天文常识，同时相识他们对于卫星的需求。经由过程把握相干常识，我可以或许于优化设计方案、晋升卫星机能的同时，做好潜于危害的评估。
记者：空间科学卫星是国际航天范畴科技制高点，您认为咱们需要如何的空间科学人材？
张永合：起首，咱们需要具有全世界视线的天文学家，他们可以或许提出要害的、前瞻性的科学问题，引领空间科学成长。其次，咱们需要一批理解天文学的卫星体系工程师，他们属在跨界人材，让天文学及工程技能两个范畴“手牵手”，我饰演的就是这一脚色。空间科学人材还有要可以或许与全世界的科学家开展互助交流。
此外，咱们还有需要一批新生气力。空间科学卫星的研制时间很长，碰到的问题都很新。“天关”卫星从提出构想到发射颠末了十余年，十年前介入研制的年青人如今已经步入中年。为了包管这一范畴的持久、连续成长，咱们必需壮年夜后备军，造就热爱空间科学、愿意持久专注这一范畴的后备气力。
记者：您认为应该怎样造就优异的空间科学人材？
张永合：我感觉该当进一步富厚空间科学相干项目的数目及种类，增长经费投入，于实战中造就人材。如今咱们国度对于空间科学范畴的投入不停增年夜，陆续开展了“夸父”“天宫”“慧眼”等年夜、中型项目，可是终于只有少数科研职员能介入此中。咱们此刻缺乏的是有特点的小项目，好比立方星、微小卫星等。咱们需要于这些小项目中历练人材。
此外，中国航天事业成长至今，取患了许多经验。可是空间科学的理念及传统航天存于必然区分，好比运用类的卫星往往于设计之初就定好了工程指标，而空间科学卫星的工程指标是跟着熟悉的深切不停调解的。是以，我认为于造就人材的历程中，要看重区别二者差别，培育面向将来、面向国际的空间科学人材。
-350vip8888新葡的京
