+ 演講者:陳雯(中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院 科學衛(wèi)星總體部副部長)
我們是為科學家服務(wù)的工程師。
科學衛(wèi)星,顧名思義,是做科學的研究、探索、發(fā)現(xiàn)之用的衛(wèi)星。科學衛(wèi)星關(guān)注四個領(lǐng)域:地球科學、日地科學、空間天文學、深空探測。
1、地球科學類衛(wèi)星。除了為人所熟知的對地成像衛(wèi)星,還有一類沒那么“耀眼”,但卻與人們的生活息息相關(guān)的微波載荷類衛(wèi)星。
例如氣象衛(wèi)星一般都搭載了微波成像儀、微波雷達載荷,微波類載荷觀測到的圖象經(jīng)過處理,就是人們非常熟悉的氣象云圖。
又如地球重力場探測衛(wèi)星。歐洲GOCE衛(wèi)星測量的圖象精確地展示了地球不同地區(qū)的引力差異,可以精確地描述地球的結(jié)構(gòu)和演化,提高人們對地球的認知。此外還有二氧化碳探測的衛(wèi)星,微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研制的我國首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(wèi)星于2016年12月成功發(fā)射。
2、日地科學衛(wèi)星。這類衛(wèi)星的作用是對太陽進行探測,以及研究太陽對地球的影響。
1958年,美國第一顆人造衛(wèi)星“探索者1號”探測到地球周圍存在一個輻射區(qū),即后來人們所熟知的范艾倫帶。太陽風所帶來的帶電粒子會在這里被捕獲,而當太陽發(fā)生磁暴,范艾倫帶的高能帶電粒子大量泄出,并最終導致極光現(xiàn)象。此后,科學家專門展開了對范艾倫帶的研究。
另一類衛(wèi)星直接觀測太陽,例如歐空局研制的Solar C衛(wèi)星,將飛往日地之間近太陽的三分之一處,非常近距離地探測太陽。微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院也在進行日地科學衛(wèi)星的研制計劃,即太陽風磁層相互作用場景成像衛(wèi)星,也稱“微笑衛(wèi)星”。
3、空間天文衛(wèi)星。最著名的當屬為全球無數(shù)人提供了桌面高清大圖的哈勃望遠鏡,它于1990年發(fā)射,相機口徑0.85米,至今已經(jīng)在軌服務(wù)20多年。而它的繼任者詹姆士·韋伯望遠鏡,直徑6米,主鏡由18塊子鏡構(gòu)成,每一塊子鏡都可以在軌進行精密調(diào)節(jié),使其能夠?qū)V闊無垠的宇宙進行更高精度、更高靈敏度的探測。全世界的天文學家都非常期待這顆衛(wèi)星的升空,期待由它帶來對宇宙新的發(fā)現(xiàn)。
圖1:俄羅斯eROSITA X射線空間望遠鏡,54層鏡筒幾乎無縫地套在一起。
圖2:此圖用登山的比喻,展示微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院承擔的我國空間科學先導專項,其中包括正在研制的,及正在開展前沿研究的衛(wèi)星。包括月球軌道布設(shè)微納衛(wèi)星星座,探測超長波無線電等;而探測引力波的GECAM雙星計劃,相當于科學衛(wèi)星登山途中的明星,它要在百萬公里的量級探測到皮米量級的精度,難度相當大,在工程領(lǐng)域機、電、熱控制方面都有非常高的要求。
又如X射線望遠鏡,它們探測的目標是連光線都逃不出去的黑洞,還有包括各種劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象和噴流。我國在該領(lǐng)域也有研究,研制中的有中法天文衛(wèi)星和愛因斯坦探偵衛(wèi)星。
4、深空探測——代表人類對宇宙、對未知世界的好奇心。
這一方向,美國擁有很強的技術(shù)積累,例如火星探測。美國早在1964年就成功開啟了對火星的探測,到目前為止已經(jīng)有好幾代火星車如勇氣號、機遇號、好奇號登陸火星。
俄羅斯雖然是全球最早發(fā)射火星探測器的國家,但數(shù)次任務(wù)都以失敗告終。ESA的深空探測目標包含太陽星系的多個行星,最近即將發(fā)射的是“貝皮·哥倫布”水星探測器。
中國也啟動了首次火星探測任務(wù),將在2020年發(fā)射火星探測器,對火星開展繞、落、巡科學探測。
為了實現(xiàn)科學家們的實驗?zāi)繕思疤剿鲏粝?,工程師們攀登著一個又一個工程技術(shù)的高峰。在此舉兩個迄今為止人類工程技術(shù)巔峰代表作為例。
1、俄羅斯eROSITA X射線空間望遠鏡(圖1),其7個模塊都鑲嵌了由54層鏡筒套在一起的鏡子,表面金涂層的粗糙度達到納米級。54個鏡子幾乎無縫地套在一起,工藝難度登峰造極。
2、旅行者號探測器,1977年由美國發(fā)射,進行行星際探測任務(wù)。迄今為止已經(jīng)在宇宙空間飛行了40多年,目前這兩顆衛(wèi)星已經(jīng)進入太陽系的邊緣,進入星際空間。探測器首席科學家說,從來沒有想到經(jīng)過40年,衛(wèi)星還能工作!科學家預(yù)計到2030年,旅行者號的信號就將再也收不到了。
這正是工程師精神——不斷追求、精益求精,更好地為科學家服務(wù)。
認知宇宙,探理求真,青春無悔,燦若星辰。
1990年,著名的天文學家和科普推動者卡爾·薩根說服了NASA,在旅行者號完成所有太陽星系任務(wù)時,讓它轉(zhuǎn)過身,對著地球的方向拍下了這張照片。地球在整個宇宙宏大的背景下,就是一個暗淡的藍點,人類不管幾千年還是幾十萬年的文明和歷史,都在如塵埃般的這個暗淡的藍點之上。
一方面我們要更加珍惜地球,這是我們目前所知的唯一家園;另一方面,我們在這么塵埃的角落,卻有探索宇宙的壯舉,人類應(yīng)該為自己感到自豪。