是世界“第一”，也是中國(guó)“第三”

“墨子號(hào)”升空，中國(guó)人成功發(fā)射了人類第一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，這也是中國(guó)第三顆科學(xué)衛(wèi)星。

2010年3月31日，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議審議通過(guò)了中科院“創(chuàng)新2020”規(guī)劃，決定組織實(shí)施戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)。第二年1月，中科院批準(zhǔn)實(shí)施空間科學(xué)戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項(xiàng)，決定在“十二五”期間，研制暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星、“實(shí)踐十號(hào)”微重力科學(xué)衛(wèi)星、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星和硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，并在“十二五”末和“十三五”初相繼發(fā)射。中科院希望通過(guò)發(fā)射這些具有先進(jìn)科學(xué)目標(biāo)的科學(xué)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在基礎(chǔ)科學(xué)前沿領(lǐng)域的突破和進(jìn)展。

2015年12月17日，中國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星系列首發(fā)星——暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”，帶著去太空尋找暗物質(zhì)存在證據(jù)的使命順利升空。

2016年4月6日，中國(guó)首顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“實(shí)踐十號(hào)”返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射，并于12天后帶著19項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果成功返回，成為我國(guó)迄今為止承載空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及種類最多的單次衛(wèi)星任務(wù)。

隨著量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射升空，硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星也將于下半年擇機(jī)發(fā)射，中國(guó)將全面開(kāi)啟空間科學(xué)探索新時(shí)代。

在今年3月，中科院組織國(guó)內(nèi)專家編寫的我國(guó)《2016～2030年空間科學(xué)規(guī)劃研究報(bào)告》中提出了23個(gè)空間科學(xué)計(jì)劃，包括“黑洞探針”計(jì)劃、“天體號(hào)脈”計(jì)劃和“鏈鎖”計(jì)劃等，至2030年預(yù)期要發(fā)射20顆左右的科學(xué)衛(wèi)星。

暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”

“悟空”是我國(guó)發(fā)射的首顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，也是目前世界上觀測(cè)能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星，它的復(fù)雜度和工程實(shí)現(xiàn)難度都遠(yuǎn)超以往。它可以測(cè)量入射粒子的電荷數(shù)、入射方向及入射能量，進(jìn)而區(qū)分入射粒子的種類。根據(jù)探測(cè)得到的數(shù)據(jù)，我們就有可能反推出暗物質(zhì)存在的證據(jù)。

暗物質(zhì)到底是指什么呢？舉一個(gè)生活中的例子：用繩子牽引一個(gè)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，人會(huì)感覺(jué)到，旋轉(zhuǎn)速度越快繩子繃得越緊，這是因?yàn)槲矬w旋轉(zhuǎn)需要更大的向心力。而宇宙中天體旋轉(zhuǎn)時(shí)，提供旋轉(zhuǎn)的向心力就是引力。1933年，加州理工學(xué)院的天體物理學(xué)家弗里茨·茲威基卻發(fā)現(xiàn)了星系之間相互繞轉(zhuǎn)軌道有著巨大的異常。他通過(guò)天文觀測(cè)，估算出星系間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、星系的質(zhì)量，進(jìn)而得到它對(duì)于其他星系的引力。這些星系的運(yùn)動(dòng)速度都很快，以至于引力無(wú)法將它們束縛在同一個(gè)星系團(tuán)中。理論上，這個(gè)星系團(tuán)必定會(huì)四處飛散，很快被徹底摧毀。如果再回到用繩子旋轉(zhuǎn)的例子，那么繩子將無(wú)法承受這樣的速度而被甩斷。

于是，茲威基作出推測(cè)：星系團(tuán)中一定充滿了某種“暗物質(zhì)”，它們的引力足夠強(qiáng)，可以把星系團(tuán)束縛在一起。這種看不見(jiàn)的物質(zhì)，指的是電磁相互作用很弱甚至沒(méi)有的物質(zhì)。但它們能產(chǎn)生足夠大的引力，因此，即使看不見(jiàn)，科學(xué)家們通過(guò)努力也找到了觀測(cè)這些“暗物質(zhì)”的方法。到20世紀(jì)70年代，所謂暗物質(zhì)幾乎彌漫于所有星系團(tuán)甚至單個(gè)星系中已為學(xué)界所知。到21世紀(jì)初，學(xué)界已經(jīng)知道暗物質(zhì)會(huì)對(duì)遙遠(yuǎn)星系的光線產(chǎn)生引力透鏡效應(yīng)。現(xiàn)在，這些透鏡效應(yīng)被用來(lái)探測(cè)宇宙中暗物質(zhì)的分布。

根據(jù)科學(xué)家們的研究，在宇宙目前的總質(zhì)量的大致占比中，暗能量占68.3%，暗物質(zhì)占26.8%，而構(gòu)成你、我、行星、恒星和星系的普通物質(zhì)（或者叫重子物質(zhì)）則僅占4.9%。

那么，為什么這顆衛(wèi)星命名為“悟空”？據(jù)說(shuō)科學(xué)家們期待它像那本領(lǐng)通天的齊天大圣一樣有著身入險(xiǎn)境的勇氣，用“火眼金睛”在茫茫太空中識(shí)別暗物質(zhì)的蹤影，并去“領(lǐng)悟太空”，最終跟斗戰(zhàn)勝佛一樣取得暗物質(zhì)的真經(jīng)。

返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“實(shí)踐十號(hào)”

太空遙遠(yuǎn)而神秘，而只有在太空，才能獲得持續(xù)的微重力環(huán)境。在微重力，也就是通常說(shuō)的“失重”環(huán)境下，能觀察到很多在地球上無(wú)法觀測(cè)到的獨(dú)特現(xiàn)象。因此，這種極端的物理?xiàng)l件可以允許科學(xué)家們探索更多的未知和可能。

2016年4月6日1時(shí)38分，我國(guó)首顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星——實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭發(fā)射升空，并進(jìn)入預(yù)定軌道。

實(shí)踐十號(hào)于2012年12月31日正式立項(xiàng)，是我國(guó)空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星中唯一的返回式衛(wèi)星。其科學(xué)目標(biāo)是研究、揭示微重力條件和空間輻射條件下物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及生命活動(dòng)的規(guī)律，并取得極具創(chuàng)新的科技成果。

據(jù)報(bào)道，我國(guó)將在2020年前后開(kāi)始空間站的建設(shè)，因此這里會(huì)有一個(gè)疑問(wèn)：為何還要發(fā)射一顆衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行微重力實(shí)驗(yàn)？專家解釋：實(shí)踐十號(hào)能為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供比載人空間站更好的環(huán)境，即實(shí)踐十號(hào)可以提供更優(yōu)的“微重力”環(huán)境。數(shù)據(jù)顯示，實(shí)踐十號(hào)的微重力水平是地球表面重力的10^-4g，而太空站上的微重力水平是地球重力的10^-3g。實(shí)踐十號(hào)整體為柱錐組合體形狀，高約5.2米，直徑超過(guò)2米，盡管是一顆中等大小的衛(wèi)星，但比起空間站有較高的機(jī)動(dòng)性。

目前世界上只有俄羅斯和我國(guó)把返回式衛(wèi)星技術(shù)運(yùn)用到科學(xué)衛(wèi)星上。和人們熟知的氣象、通信等應(yīng)用衛(wèi)星不同，作為一顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)踐十號(hào)只有15天的壽命，并分為留軌艙和回收艙兩部分。其中，8項(xiàng)流體物理和燃燒實(shí)驗(yàn)將在留軌艙內(nèi)進(jìn)行，另外11項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)將在回收艙進(jìn)行。

實(shí)踐十號(hào)利用太空中微重力等特殊環(huán)境完成19項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)（從200多項(xiàng)申請(qǐng)中脫穎而出），涉及微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學(xué)、空間輻射效應(yīng)、重力生物效應(yīng)、空間生物技術(shù)六大領(lǐng)域。

這些看似遙遠(yuǎn)而抽象的項(xiàng)目究竟與我們未來(lái)的生活有著怎樣的關(guān)系呢？

以其中的燃燒試驗(yàn)為例，導(dǎo)線絕緣層和典型非金屬材料這兩個(gè)微重力燃燒實(shí)驗(yàn)，就是針對(duì)載人航天器當(dāng)前最令人頭疼的防火問(wèn)題而設(shè)計(jì)。內(nèi)部起火是衛(wèi)星、飛船、載人航天器等面臨的主要威脅之一。實(shí)踐十號(hào)所搭載的兩項(xiàng)燃燒實(shí)驗(yàn)，正是要觀察微重力條件下材料著火、燃燒以及煙氣析出的規(guī)律，并對(duì)比重力條件下的燃燒規(guī)律，為建立我國(guó)自己完整的航天防火規(guī)范服務(wù)。

另外，實(shí)踐十號(hào)所搭載的生物實(shí)驗(yàn)，其中諸如體態(tài)輕盈的果蠅、上千只蠶卵等生物實(shí)驗(yàn)樣本，雖然小，卻有望為人類的未來(lái)之路——哺乳動(dòng)物能否在太空正常繁衍——提供更多線索和答案。以實(shí)踐十號(hào)搭載的小鼠早期胚胎為例，科學(xué)家希望以小鼠胚胎為研究對(duì)象，培養(yǎng)并顯微實(shí)時(shí)跟蹤觀察，看它在微重力環(huán)境中能否和在地球上一樣正常發(fā)育。

這19項(xiàng)實(shí)驗(yàn)全部是我國(guó)最新的探索，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為我國(guó)從航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變作出了重要貢獻(xiàn)。

（來(lái)源：雷鋒網(wǎng)、新華網(wǎng)）