空間科學研究“群星”閃耀

從“悟空號”暗物質粒子探測衛星、實踐十號返回式科學實驗衛星、“慧眼號”硬X射線調制望遠鏡，到“墨子號”量子科學實驗衛星，五年來，我國已成功發射四顆科學實驗衛星，取得了一批先進科研成果。

工欲善其事，必先利其器。“十二五”期間中科院實施空間科學先導專項，讓中國的空間科學研究邁上新臺階。

量子科研領跑世界

6月16日，“墨子號”量子衛星在國際上率先實現千公里級的星地雙向量子糾纏分發，并在此基礎上實現空間尺度下嚴格滿足“愛因斯坦定域性條件”的量子力學非定域性檢驗的成果，以封面論文的形式發表在國際權威學術期刊《科學》雜志上。

8月10日，在國際上首次成功實現了從衛星到地面的量子密鑰分發和從地面到衛星的量子隱形傳態兩項成果，同時在線發表在國際權威學術期刊《自然》雜志上。這標志著“墨子號”提前并圓滿實現預先設定的全部三大科學目標。

從2003年潘建偉團隊提出利用衛星實現星地間量子通信、構建覆蓋全球量子保密通信網的設想，到2011年底，中科院戰略性先導科技專項“量子科學實驗衛星”正式立項，再到2016年“墨子號”量子科學實驗衛星上天，這一系列科研成果，讓我國在量子科技創新方面實現了“領跑者”的轉變。

中國科學技術大學教授、“墨子號”量子科學實驗衛星首席科學家潘建偉院士認為：“我們國家可以迅速決策并凝聚相關的隊伍和資源，讓‘墨子號’能夠在短短幾年內得以上天。這種協同創新的巨大力量，我認為，將會是未來支撐中國走向世界科技強國的強大動力。”

量子隱形傳態論文的第一作者、中科大副研究員任繼剛自2005年就加入潘建偉團隊，見證了團隊在量子通信領域的發展歷程。任繼剛在量子衛星項目中擔任科學應用系統主任設計師，他和團隊成員負責地面站望遠鏡工程，驗收了5個地面站中的4個，包括2014年的河北興隆站，2015年的新疆南山站和青海德令哈站，2016年的阿里站。

圓滿完成了“墨子號”的三大科學試驗任務，團隊又有了新的想法。下一步，團隊將在星地雙向量子糾纏分發的基礎上，再進行貝爾態測量，實現相距遙遠的兩個地面站之間的量子隱形傳態。“‘墨子號’還會飛行一年時間，不久前我們在青海湖實現了白天遠距離（53公里）自由空間gvGr+RphYNnWtXw7eLslAg==量子密鑰分發，接下來我們還會做研究，讓衛星在白天也能夠‘上崗’。”任繼剛說。

“火眼金睛”探測暗物質粒子

“目前暗物質粒子探測衛星工作在預定的巡天觀測模式，已經獲得了31億個高能粒子事件，同時進行了電子宇宙線高精度測量，在觀測宇宙高能電子能譜以及結構方面取得了一些重要結果。科學家團隊正在對宇宙質子、氦核數據進行分析，預計今年內可以發表質子、氦核觀測結果。”暗物質衛星總指揮朱振才研究員說。

2015年12月17日，暗物質粒子探測衛星“悟空”在酒泉衛星發射中心成功發射。衛星已經在500km的太陽同步軌道上運行了近20個月，朱振才表示，經過在軌測試，衛星所有指標達到或優于設計指標，衛星功能與性能參數穩定且符合要求，各分系統、單機、軟件工作狀態正常、穩定，有效載荷關鍵指標超過國際同類探測器水平，能量分辨率達到世界第一。

暗物質衛星總設計師李華旺研究員說：“‘悟空’在太空中主要開展高能電子及高能伽馬射線探測任務，探尋暗物質存在的證據，研究暗物質特性與空間分布規律。”

李華旺說：“我國暗物質衛星的優勢在于觀測的能量范圍最寬，能量分辨率最優，是阿爾法磁譜儀（AMS）和電子對望遠鏡（CALET）的2倍以上。”對此，他打了個比方：“能量范圍和能量分辨率其實是有矛盾的，就像人的眼睛一樣，看遠處，視野范圍變寬，就觀察不到細微的東西，看到了近處細微的事物，視野范圍就變窄了，但是‘悟空’在這兩方面做到了最優。”

作為空間科學先導專項首顆發射的衛星，研制團隊深知經費來之不易，想盡了各種辦法降低成本，朱振才和李華旺不約而同地提起了為衛星“量體裁衣”的經過。

為了控制衛星重量，經過日夜攻關，無數方案提出又被否定，最終研制團隊確定了“以載荷為中心，一體化設計”的全新理念，姿態控制、電源熱控等衛星平臺設備包裹在有效載荷周圍，最終使整星重量控制在1.85噸，有效載荷達到1.41噸。

“1.8噸的衛星長二丁就可以發射，超重就可能用長四乙，運載價格超過一倍”，李華旺表示，最終團隊節約了幾千萬的運載成本。

團結的空間科學“夢之隊”

2015年12月，暗物質衛星發射前一周，“悟空”已被放置在塔架上。

“衛星平臺某個傳感器的信號與在地面測試時有差異，可能需要把衛星卸下來返回廠房檢測，消除疑點。”

“你是衛星的總指揮，工程上的事情，你做的任何決定我都支持，如果有什么問題，我們一起來擔。”

這段與暗物質衛星首席科學家、紫金山天文臺副臺長常進的通話，一直讓朱振才記憶猶新，“我們是一支非常團結、互相信任的隊伍”。

對于量子科學實驗衛星團隊同樣也是如此。任繼剛說：“團隊在一起十來年，大家的脾氣相投，合作很愉快。潘建偉老師在學術上非常嚴謹，要求很嚴格，但在生活上對大家十分關心。”

對中科大副研究員曹原而言，印象最深的是那首由《南山南》改編的《量子星》。“你在地球的軌道里，自由地飛/我在地面的山頂上，寒風在吹/如果天黑之后來得及，我要望著你的眼睛/奮斗一生，完成我們的夢/一路順風，我們的量子衛星”，在去年的院內活動上，曹原是主唱之一。

“唱這首歌的時候非常自豪，當時衛星完成了在軌測試，大家心里比較踏實，現在這首歌已經成了我們的‘組歌’。”

朱振才也擔任了量子科學實驗衛星的衛星系統總設計師，在他看來，科學衛星的研制，很大程度能夠體現技術進步對科學發展的推動，用成熟技術支持新的科學探索和實驗。

中國科學院國家空間科學中心主任吳季最近撰文指出，空間科學衛星系列就是新時期的“兩彈一星”任務。中科院在空間科學先導專項中，對“十三五”、“十四五”期間的科學衛星進行了安排和部署。

目前，中科院與歐洲航天局聯合支持的太陽風-磁層相互作用全景成像衛星（SMILE）已經立項實施，愛因斯坦探針衛星（EP）、先進天基太陽天文臺衛星（ASO-S）正在進行立項綜合論證。