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近期,，“天關(guān)”衛(wèi)星首批科學(xué)成果正式發(fā)布。自2024年1月9日發(fā)射以來(lái),，它探測(cè)到多種類(lèi)型的暫現(xiàn)天體,，并捕捉到幾例可能的新類(lèi)型暫現(xiàn)源。其卓越的X射線(xiàn)探測(cè)能力得益于核心載荷——寬視場(chǎng)X射線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡（WXT,，中文名為萬(wàn)星瞳）,，也被稱(chēng)為“龍蝦眼”?；仡櫻邪l(fā)歷程,，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)家天文臺(tái)）、北方夜視公司及中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海技物所）的科研團(tuán)隊(duì)通力合作,，從頭設(shè)計(jì)和研制“龍蝦眼”X射線(xiàn)聚焦鏡,、CMOS探測(cè)器陣列、前端電子學(xué),、磁屏蔽,、熱控和支撐結(jié)構(gòu)等組部件構(gòu)成，將工匠精神貫穿始終,?？蒲袌F(tuán)隊(duì)為之感到自豪：“國(guó)際上至今沒(méi)有能與‘龍蝦眼’媲美的載荷甚至樣機(jī)，我們?cè)诩夹g(shù)上一步跨越近30年,！”“試試就試試”恒星爆炸,、中子星合并、黑洞吞噬恒星……一系列天文事件總在瞬間發(fā)生,，伴隨著海量能量釋放,，大量X射線(xiàn)光子向四面八方奔騰而去。想要了解這些天文事件,，用一臺(tái)能看到極其廣闊宇宙空間的望遠(yuǎn)鏡去捕捉,、觀(guān)察X射線(xiàn)不失為一個(gè)好辦法。2000年以來(lái),，專(zhuān)門(mén)研究宇宙中變化天體的“時(shí)域天文學(xué)”逐漸成為國(guó)際天文學(xué)界的前沿領(lǐng)域,，采用“龍蝦眼”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)觀(guān)察X射線(xiàn)的望遠(yuǎn)鏡被公認(rèn)為是推動(dòng)這一領(lǐng)域的先進(jìn)工具。這項(xiàng)技術(shù)最初的想法源自美國(guó)天文學(xué)家羅杰·安吉爾1979年發(fā)表的一篇論文。2010年夏天,，剛從清華大學(xué)完成博士后工作的張臣即將入職國(guó)家天文臺(tái),，他就接到中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員張雙南的電話(huà)?！啊埼r眼’可能是個(gè)突破點(diǎn),，要不你來(lái)試試？”張雙南開(kāi)門(mén)見(jiàn)山,?！霸囋嚲驮囋嚕　睆埑忌钪褒埼r眼”的“威力”,，毫不遲疑地答應(yīng)了,。就這樣，張臣入了“龍蝦眼”的“坑”,，擔(dān)任剛剛提出的空間站X射線(xiàn)全天監(jiān)視器技術(shù)負(fù)責(zé)人,。當(dāng)時(shí)還沒(méi)有“龍蝦眼”在空間項(xiàng)目中成功應(yīng)用的先例,。張臣深知,，自己面對(duì)的是一道世界級(jí)難題，也是一個(gè)向科技制高點(diǎn)發(fā)起沖鋒的好機(jī)會(huì),。自主攻克致命問(wèn)題鏡片是“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵部件之一,，制備難度高。當(dāng)時(shí),，世界上僅有一家法國(guó)的公司有能力生產(chǎn)這樣的鏡片,。科研團(tuán)隊(duì)最初計(jì)劃從這家公司購(gòu)買(mǎi),?！懊科u(mài)20萬(wàn)元，我們計(jì)劃購(gòu)買(mǎi)400多片,，對(duì)方不降價(jià)也不保證質(zhì)量,。”2010年前后,，張臣3次前往法國(guó)布里夫訪(fǎng)問(wèn)這家公司,，都空手而歸?？蒲袌F(tuán)隊(duì)只好一邊埋頭論證科學(xué)目標(biāo)和技術(shù)可行性,、鉆研相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，一邊反復(fù)與這家公司溝通,，嘗試購(gòu)買(mǎi)20片鏡片,。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的等待，他們終于拿到產(chǎn)品，檢測(cè)后卻發(fā)現(xiàn)只有10片可用,，另外10片質(zhì)量極差,，幾乎無(wú)法使用。這種情況持續(xù)到2014年“天關(guān)”衛(wèi)星進(jìn)入背景型號(hào)研究,?！皼](méi)有最關(guān)鍵的X射線(xiàn)成像器件，對(duì)一個(gè)空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目而言是一個(gè)致命問(wèn)題,?！睆埑颊f(shuō)。所幸,，在希望最渺茫的時(shí)候,，團(tuán)隊(duì)中也沒(méi)有人放棄。2015年,，在“天關(guān)”衛(wèi)星背景型號(hào)研究后期,，機(jī)會(huì)終究垂青了有準(zhǔn)備的人。國(guó)內(nèi)一家生產(chǎn)相近產(chǎn)品的企業(yè)——北方夜視公司主動(dòng)請(qǐng)纓,，承擔(dān)“龍蝦眼”光學(xué)器件的自主研制任務(wù),。從此，“龍蝦眼”的自主研制駛?cè)肟燔?chē)道,。在張臣的記憶里,，那是一段為了夢(mèng)想而忘我?jiàn)^斗的難忘時(shí)光?！耙婚_(kāi)始鏡片性能很差,，連聚焦的‘十字形’都看不清，科研團(tuán)隊(duì)投入了全部精力,，實(shí)現(xiàn)了快速迭代,。”他回憶,。北方夜視公司不計(jì)成本,，分批生產(chǎn)了2萬(wàn)余片“龍蝦眼”鏡片，并進(jìn)行批量化篩選,，完成了正樣所需的400余片鏡片的篩選,，再由人工復(fù)核，最終實(shí)現(xiàn)所有正樣鏡片參數(shù)零錯(cuò)誤,。研發(fā)過(guò)程始終受到來(lái)自科學(xué)目標(biāo)需求的強(qiáng)大牽引,。最初的鏡片設(shè)計(jì)中，有一個(gè)指標(biāo)難以達(dá)到最終的探測(cè)要求,，團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這會(huì)影響科學(xué)產(chǎn)出的質(zhì)量,，他們選擇面對(duì)新的挑戰(zhàn),。于是，儀器團(tuán)隊(duì)重新進(jìn)行設(shè)計(jì),，并做了大量技術(shù)改進(jìn),，又耗費(fèi)了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，最終達(dá)到了預(yù)期效果,。對(duì)于代表分辨率的指標(biāo)“角分”,，團(tuán)隊(duì)一個(gè)角分一個(gè)角分“死磕”，從最初的10個(gè)角分提升到5個(gè)角分以下,。最終,，這一指標(biāo)達(dá)到4至5角分，最佳達(dá)到3角分,，處于國(guó)際領(lǐng)先水平,。沒(méi)有先例的超前決定團(tuán)隊(duì)遇到的另一個(gè)挑戰(zhàn)是光子探測(cè)器研制。20世紀(jì)90年代以來(lái),，X射線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡一般采用電荷耦合器件（CCD）作為焦面探測(cè)器,。但國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)法制造滿(mǎn)足天文需求的科學(xué)級(jí)CCD，進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格十分昂貴,。此外,，以往常用的氣體探測(cè)器，可能會(huì)因?yàn)樘罩械奈⒘餍呛陀钪鎵m埃撞擊而失效,。國(guó)際空間站“X射線(xiàn)全天監(jiān)視器（MAXI）”負(fù)責(zé)人松岡博士也一針見(jiàn)血地提出了這個(gè)意見(jiàn),。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將背照式互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）應(yīng)用于探測(cè)X射線(xiàn)光子,。盡管CMOS早已廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)攝像頭,，但這是國(guó)際上首次將CMOS探測(cè)器應(yīng)用于空間X 射線(xiàn)天文探測(cè),。“我們使用的CMOS探測(cè)器具有高性能,、高靈敏度,、高一致性的特點(diǎn)，且每個(gè)探測(cè)器面積為6cm×6cm,?！眹?guó)家天文臺(tái)研究員、“天關(guān)”衛(wèi)星載荷科學(xué)家凌志興指出,，“這是一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新,，目前還沒(méi)有其他項(xiàng)目使用過(guò)這么大規(guī)模的硅基成像探測(cè)器?！闭l(shuí)也沒(méi)有想到,，當(dāng)衛(wèi)星正樣出廠(chǎng)的前夕,，CMOS卻出現(xiàn)了“險(xiǎn)情”。為保證技術(shù)可靠性,，2022年7月,，科研團(tuán)隊(duì)利用一次搭載機(jī)會(huì)，開(kāi)展了“龍蝦眼X射線(xiàn)成像儀”（LEIA）試驗(yàn),，由“力箭一號(hào)”發(fā)射升空,。 LEIA在軌驗(yàn)證“龍蝦眼”成像技術(shù)和探測(cè)器技術(shù)，取得了成功,。但在工作了一段時(shí)間后,，壞消息傳來(lái)——在軌試驗(yàn)的CMOS出現(xiàn)了異常條紋?！爱?dāng)時(shí)大家都嚇壞了,，這個(gè)問(wèn)題不解決，我們就不敢出廠(chǎng)了,！”“天關(guān)”衛(wèi)星工程副總指揮,、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)家空間科學(xué)中心）研究員孟新告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。對(duì)于工程總體而言,，衛(wèi)星立項(xiàng)批復(fù),、方案轉(zhuǎn)初樣、初樣轉(zhuǎn)正樣,、出廠(chǎng),、發(fā)射以及在軌測(cè)試、完成評(píng)審等,，都是項(xiàng)目管理中的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn),，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要嚴(yán)格按照計(jì)劃推進(jìn)。為此,，國(guó)家空間科學(xué)中心組織幾家單位共同分析,，在盡可能短的時(shí)間里，把能想到的實(shí)驗(yàn)都做了,。孟新看到,，那段時(shí)間里，整個(gè)團(tuán)隊(duì)神經(jīng)緊繃,，許多人的眼睛都是紅的,。“大家都是懷著高度的責(zé)任感,，鉚足了勁在干,。”他說(shuō),，“一旦耽誤了出廠(chǎng),，發(fā)射可能就遙遙無(wú)期了,。”所幸,，通過(guò)縝密的實(shí)驗(yàn),，他們基本得出了結(jié)論：這是一個(gè)由局部缺陷引發(fā)的個(gè)別案例，而非批量生產(chǎn)的問(wèn)題,。面對(duì)巨大壓力,，“天關(guān)”衛(wèi)星工程總師、中國(guó)科學(xué)院院士顧逸東給這次“險(xiǎn)情”拍了板,，決定按計(jì)劃繼續(xù)向前推進(jìn),。他相信這一事故不會(huì)影響整體任務(wù)的成功?；パa(bǔ),，但不越位2017年，當(dāng)“天關(guān)”衛(wèi)星準(zhǔn)備工程立項(xiàng)時(shí),，“天關(guān)”衛(wèi)星首席科學(xué)家,、國(guó)家天文臺(tái)研究員袁為民在一次項(xiàng)目會(huì)議上向上海技物所研究員、中國(guó)科學(xué)院院士孫勝利發(fā)出邀請(qǐng),，希望他承擔(dān)萬(wàn)星瞳載荷總體和部分關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)任務(wù),。孫勝利帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在天文衛(wèi)星科學(xué)載荷研制方面有著豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。孫勝利介紹,，“龍蝦眼”要實(shí)現(xiàn)X射線(xiàn)聚焦的特點(diǎn),，必須面對(duì)全方位的挑戰(zhàn)，包括標(biāo)定數(shù)據(jù)處理,、結(jié)構(gòu)溫度保持以及在軌安全性和可靠性等,。“項(xiàng)目立項(xiàng)之初,，我們梳理了6類(lèi)關(guān)鍵技術(shù),、上百個(gè)問(wèn)題需要解決?！彼硎尽＠?，針對(duì)X射線(xiàn)聚焦的測(cè)試,，孫勝利帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)率先提出基于數(shù)字孿生的新方法，實(shí)現(xiàn)了像元的全覆蓋,。上海技物所副研究員,、萬(wàn)星瞳載荷主任設(shè)計(jì)師孫小進(jìn)介紹，典型的“龍蝦眼”MPO鏡片是一個(gè)42.5mm×42.5mm的曲面,，曲率半徑為750mm,，每片鏡片上有近100萬(wàn)個(gè)小方格,，方格的大小為40μm×40μm，壁的厚度為8μm,，光潔度達(dá)到0.83nm,，這對(duì)整個(gè)相機(jī)關(guān)鍵元部件獲取和系統(tǒng)集成裝調(diào)提出了十分苛刻的要求。孫小進(jìn)仍然記得“龍蝦眼”的一次關(guān)鍵考試,。2021年6月,，初樣階段研制的第一個(gè)子模塊在百米束線(xiàn)定標(biāo)下，在監(jiān)視軟件上輸出了清晰的“十字形”圖像,?！啊埼r眼’首光測(cè)試成功，讓測(cè)試大廳里的上海技物所和國(guó)家天文臺(tái)項(xiàng)目組成員都喜出望外,?！睂O小進(jìn)告訴記者。在“龍蝦眼”的研制中,，3家單位的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì),，通力合作，共同攻克了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難題,，成功完成全部國(guó)產(chǎn)化的自主研制,。其中，國(guó)家天文臺(tái)負(fù)責(zé)設(shè)備的科學(xué)性,，提供光學(xué)設(shè)計(jì),、鏡片參數(shù)的X射線(xiàn)測(cè)試、鏡片質(zhì)量改進(jìn)路線(xiàn)的科學(xué)建議,，以及“龍蝦眼”聚焦鏡組件的自動(dòng)化裝調(diào),、測(cè)試和標(biāo)定；北方夜視公司負(fù)責(zé)鏡片實(shí)際加工和工藝改進(jìn),；上海技物所則負(fù)責(zé)工程實(shí)現(xiàn),，組裝整個(gè)載荷儀器，逐一攻克了結(jié)構(gòu)熱控,、橫向陣列,、CMOS探測(cè)器復(fù)雜結(jié)構(gòu)、精密熱控及電子學(xué)等關(guān)鍵技術(shù),。國(guó)家天文臺(tái)和上海技物所還負(fù)責(zé)完成了完整的“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡模塊地面X射線(xiàn)標(biāo)定,。張臣用“犬牙交錯(cuò)”形容這些工作相互融合、多線(xiàn)并行的程度,。他感到,，大家都是懷著赤誠(chéng)之心，想把這件事做好,?！坝龅絾?wèn)題時(shí)互相幫忙,，共同努力解決問(wèn)題，而不是把責(zé)任推給對(duì)方,，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神是確保項(xiàng)目成功的關(guān)鍵,。”張臣說(shuō),。在孫勝利看來(lái),，這次合作就像一支足球隊(duì)踢了一場(chǎng)好球，每個(gè)人都有明確的位置,，隊(duì)員們互相配合,、互補(bǔ)，是一種動(dòng)態(tài)的合作,，并且沒(méi)有越位,。“這是建制化開(kāi)展科學(xué)衛(wèi)星研制的良好范本,?！睂O勝利強(qiáng)調(diào)。（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》?2025-01-06?第1版?要聞）