暗物質衛星：照亮中國空間科學

　　 5月29日，上海，一群“白大褂”圍在一起，為一個剛剛誕生的“寶寶”稱重。

　　這溫馨的一刻發生在中科院上海微小衛星工程中心的衛星總裝測試廠房里。這一天，中國科學衛星系列的首發星——暗物質粒子探測衛星研制取得重要進展，由四層粒子探測器組成的科學探測有效載荷聯試成功，順利交付衛星總體，預計今年年底在酒泉衛星發射中心升空。

　　這也是第一顆由中科院承擔全部研制、生產工作的衛星，對為之拼搏了數年的科學家來說，它就像自己的孩子一樣。

　　“謝耳朵”都轉行研究暗物質了

　　暗物質究竟有多火？中科院空間科學先導專項暗物質粒子探測衛星項目科學應用系統總設計師、中科院紫金山天文臺研究員伍健開玩笑說，現在就連熱門美劇《生活大爆炸》里的主角“謝耳朵”都轉行研究暗物質了。

　　在科學家眼中，暗物質和暗能量是籠罩在21世紀物理學上空的兩朵“烏云”。暗物質已被證實存在，但至今卻沒有通過電磁波直接觀測到，長久以來，它都是粒子物理和宇宙學的核心問題之一。諾貝爾物理學獎得主楊振寧認為，暗物質、暗能量是非常稀奇的事物，它們可能引發基本物理學的革命性發展。

　　不管是借助歐洲核子中心的大型強子對撞機，還是安裝在國際空間站上的阿爾法磁譜儀，亦或是美國宇航局的費米太空望遠鏡，全世界的科學家都在不遺余力地尋找暗物質和暗能量以及“兩暗”背后所隱藏的巨大科學寶藏。

　　“可到目前為止，人們找到的還都只是一些疑似證據。”暗物質粒子探測衛星項目首席科學家、中科院紫金山天文臺研究員常進告訴《中國科學報》記者，“人類還不知道其質量、性質，也不能用物理學標準模型去解釋。”

　　在常進看來，宇宙空間是人類最好的實驗室，他決計要跟與自己有著同樣夢想的中國科學同仁一道，走上探索暗物質的道路。

　　給宇宙送一個四層“大蛋糕”

　　暗物質粒子探測衛星是中科院空間科學先導專項中首批確定的五顆科學實驗衛星之一，是迄今為止觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星，超過國際上所有同類探測器。工程于2011年立項論證，由中科院國家空間科學中心負責工程總體工作，聯合中科院上海微小衛星中心、紫金山天文臺、高能物理研究所、近代物理研究所、中國科學技術大學等院內外科研單位共同研制，旨在通過高空間分辨、寬能譜段觀測高能電子和伽馬射線尋找和研究暗物質粒子，同時在宇宙射線起源和伽馬射線天文學方面取得重大進展。

　　“衛星有效載荷質量1.4噸，整星質量1.9噸，載荷平臺比達到2.8，遠遠高于一般的衛星。”常進坦言，這是國內第一次做這么重的載荷，難度還是很大的。

　　衛星上的暗物質粒子探測器屬于大型空間高能設備，由塑閃陣列探測器、硅陣列探測器、BGO量能器、中子探測器等四個子載荷組成，四個探測器由上到下摞在一起，就像一個四層“大蛋糕”，聯合執行探測任務。

　　“大蛋糕”上“裱花”和“內餡”的復雜程度令人咋舌。整個探測器有42000路電子學讀出電路，168路高壓電源，接近8萬路探測器通道數。如此復雜的探測器，超過我國地面最復雜的加速器實驗北京譜儀，探測器能量分辨比國際同類探測器高3倍以上。

　　而所有的這一切，都要安裝在1立方米的狹小空間里，并且各個探測器除了要完成各自的任務外，還要相互補充，互為備份。

　　“打上天的東西，壞了不能換，必須要做到萬無一失。”為了這顆衛星，伍健的小組從2012年起，基本就沒有休過周末了。

　　一棵藤上五朵花

　　此次交付的科學載荷，曾分別于2014年11月和2015年3月，兩次在歐洲核子中心完成了光子/電子和重離子束流定標實驗，載荷技術指標均達到國際先進水平。

　　這是中國科學衛星系列獲得國際認可的開始。中科院空間科學先導專項科學衛星工程常務副總指揮、中科院國家空間科學中心主任吳季告訴《中國科學報》記者：“科學衛星不像系列型號衛星，它的重復性低，每一顆都不同，因此對空間技術具有很大的帶動作用。”

　　這也就是歐美發達國家重視科學衛星發展的重要原因。即使是在美蘇“冷戰”時期，兩國所發射的衛星中也有10%為科學衛星。

　　“從宇宙起源到粒子物理，空間科學同時占據著宏觀和微觀兩個前沿，中國要從航天大國發展成為航天強國，沒有空間科學衛星將無從談起。”吳季說，“中科院承擔著率先實現科學技術跨越發展的重任，應帶頭實現這一目標。”

　　于2013年啟動的中科院空間科學先導專項，目前已啟動了五顆科學實驗衛星的研制工作，除暗物質粒子探測衛星外，量子科學實驗衛星、實踐十號返回式科學實驗衛星、硬X射線調制望遠鏡衛星都已進入正樣階段，也將于近期陸續發射。

　　假以時日，人們或許可以開始期待，未來太空中閃耀的“五朵金花”，將第一次在真正意義上照亮中國的空間科學。