實驗衛星：空間科學“群星”閃耀

　　從“悟空號”暗物質粒子探測衛星到實踐十號返回式科學實驗衛星，從“墨子號”量子科學實驗衛星到“慧眼號”硬X射線調制望遠鏡，5年來，我國已成功發射多顆科學實驗衛星，取得了一批先進科研成果。

　　工欲善其事，必先利其器。國家主席習近平在2016年和2017年新年賀詞中兩次提到科學衛星，表明他對我國空間科學領域進展的高度關注。“十二五”期間中科院實施空間科學先導專項，讓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”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，相關成果以封面論文形式發表于《科學》。

　　8月10日，“墨子號”在國際上首次成功實現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，標志著“墨子號”提前并圓滿實現預設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”立項，再到2016年“墨子號”上天，我國在量子科技創新方面已成長為“領跑者”。

　　“墨子號”首席科學家、中國科技大學潘建偉院士認為：“我國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。”量子隱形傳態論文第一作者、中科大副研究員任繼剛親歷了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，他和團隊負責地面站望遠鏡工程，驗收了5個地面站中的4個，包括河北興隆站、新疆南山站、青海德令哈站和西藏阿里站。

　　下一步，該團隊將在星地雙向量子糾纏分發的基礎上進行貝爾態測量，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1年時間，不久前我們在青海湖實現了白天遠距離（53公里）自由空間量子密鑰分發。接下來，我們還會作研究，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獲得31億個高能粒子事件，在觀測宇宙高能電子能譜及結構方面取得了重要結果。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告訴《中國科學報》記者。

　　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發射。它已經在500公里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，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介紹，“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。“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）的兩倍以上。”他解釋說：“能量范圍和能量分辨率其實存在矛盾。像人的眼睛一樣，看遠處時視野范圍變寬，但觀察不到細微之處；看近處細微事物時視野范圍就變窄了。而‘悟空’在這兩方面做到了最優。”

　　作為空間科學先導專項發射的首顆衛星，該團隊想盡各種辦法降低成本，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。為控制衛星重量，無數方案提出又被否定，研制團隊最終確定了“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，最終整星重量為1.85噸，有效載荷達1.41噸，節約了數千萬元的運載成本。

　　團結的空間科學“夢之隊”

　　2015年12月，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地面測試有差異，可能需要把衛星卸下來返回廠房檢測，消除疑點。”

　　“你是總指揮，工程上的事情，你作的任何決定我都支持，有什么問題，我們一起擔。”

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

　　“墨子號”團隊同樣如此。任繼剛說：“團隊在一起十來年，大家合作很愉快。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。”

　　“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。”中科大副研究員曹原對這首改編的《量子星》之歌印象尤為深刻。在去年中科院院內的活動上，曹原是這首歌的主唱之一。“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。”

　　朱振才還擔任了“墨子號”衛星系統總設計師，在他看來，科學衛星的研制能在很大程度上體現技術進步對科學發展的推動，用成熟的技術支持新的科學探索和實驗。

　　中科院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）正在立項綜合論證。未來，中國將繼續向空間科學最前沿進發。