團隊成員討論立方星交付對接事宜。研制團隊供圖

團隊成員在歐洲核子研究中心進行穿越輻射探測器束流實驗現(xiàn)場調(diào)試。謝文錦/攝

立方星交付現(xiàn)場。研制團隊供圖

一顆小小的衛(wèi)星，能蘊藏多大的科研能量？

前不久，我國主導研制的X射線偏振探測立方星，圓滿完成了其寬視場X射線偏振觀測的飛行驗證任務。該立方星由廣西大學物理科學與工程技術學院牽頭的合作團隊自主研發(fā)，于2023年6月搭載力箭一號遙二運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。

立方星重量約為1千克，長、寬、高均為10厘米，常用于空間天文新技術的在軌飛行驗證，可以在真實的空間環(huán)境中進行地面實驗室無法完成的苛刻試驗。與動輒花費上億美元的傳統(tǒng)大衛(wèi)星相比，立方星的生產(chǎn)和發(fā)射成本低廉，逐漸成為航天發(fā)展的一個重要方向。廣西大學研制的這顆立方星，從外殼到電子芯片，全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。

X射線偏振包含大量關于天體物理過程和天體特性的關鍵信息，通過研究X射線的偏振，天文學家可以更深入地了解宇宙中的極端環(huán)境和高能物理過程，從而加深對宇宙演化和天體物理現(xiàn)象的理解。不過，礙于技術原因，X射線偏振觀測進展緩慢。

此次立方星成功發(fā)射并圓滿完成飛行驗證任務，讓我國的X射線偏振探測研究邁出了重要一步。鮮為人知的是，這一成果背后，有一支平均年齡30歲的青年科研團隊。

看不到“曙光”的研究項目

2014年，還在廣西大學物理科學與工程技術學院讀本科的封煥波，加入了學院劉宏邦教授的團隊，參與X射線偏振探測器的研究。

“當時我兩眼一抹黑，什么是X射線偏振，要做什么樣的探測器，完全沒概念?！狈鉄úㄕf，慢慢接觸了解后，覺得自己掉進一個“大坑”。

他了解到，意大利從2000年前后就開始研發(fā)X射線偏振探測器，彼時尚未有突破性成果。廣西大學團隊2014年才著手研發(fā)，已經(jīng)落后了10多年。

面對這種情況，劉宏邦提出了“不僅要追趕，還要超越”的目標。意大利的探測器專注于觀測空間天體亮源，視場較窄。團隊要研發(fā)寬視場探測器，以觀測“空間中不確定何時何處出現(xiàn)”的暫現(xiàn)源——在短時間內(nèi)出現(xiàn)然后很快消失的天體，讓研發(fā)難度大增。

其實，廣西大學與意大利一些實驗室曾有科研合作。但近年來，一些國家對我國進行技術封鎖，讓劉宏邦認識到，要大力發(fā)展我國自己的科研力量。

團隊的任務是要讓探測器搭載火箭升空，在太空中完成X射線偏振探測實驗。而火箭對于搭載的“乘客”，有嚴格的技術指標和時間進度要求，要在一個個緊迫的時間節(jié)點前，做出超越國外領先水平的成果，無疑是難上加難。

“我小時候在農(nóng)村長大，沒有什么大的志向，只想著畢業(yè)后去廣東打工。讓我參與這個重要項目，以前想都不敢想。當我了解到國外的進度和我們目前的情況，我覺得是‘天差地別’?！狈鉄úㄔ欢瓤床坏巾椖康氖锕?，多次想過放棄，只想早點本科畢業(yè)，“甩開這個攤子”。

但劉宏邦留住了封煥波。

劉宏邦知道封煥波高考的物理成績很好，選擇來物理科學與工程技術學院一定是對這個領域有興趣。劉宏邦勸說封煥波：“不要辜負自己的物理天賦，把這個項目做完再選擇人生道路，跟完一個完整的科研項目，你對世界、對人生會有更深刻的理解?！?/span>

封煥波被說服了，他留了下來——從本科到碩士，從碩士到博士，都從事著當前的項目。甚至有機會保研985高校時，他也因為不舍選擇了留下。如今，他已是研究團隊的骨干，主導設計了X射線偏振氣體探測器、電子學系統(tǒng)和機械結(jié)構等。

得益于近年來我國半導體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，以及高性能計算機的迭代，加上團隊不舍晝夜地追趕，項目不斷取得突破。2021年，第一版探測器封裝完成，信號測試良好。封煥波說，這個“看不到曙光”的項目讓自己看到了曙光。

科研不是閉門造車

研制X射線偏振探測立方星，是一個多學科交叉的復雜項目，從電子元件到計算機算法，從X射線光學到機械結(jié)構，涉及多個學科的前沿領域。因此，劉宏邦一開始就沒有打算“單打獨斗”，而是要尋求多方合作，一起攻關。

在校內(nèi)，物理科學與工程技術學院引進了具有國際科研合作經(jīng)驗和空間載荷研制經(jīng)驗的謝斐和胡慧君等科學家。在校外，學院邀請中國科學院大學、華中師范大學、中國科學院高能物理所、中國航天科技集團五院等多方加入項目，組成了一個30余人的、平均年齡30歲的團隊。

“科研是一個共同創(chuàng)造的過程，每個團隊都有自己的長處，也有自己視野的局限，大家一起合作，才能取長補短?！睆V西大學黨委常委、副校長梁恩維說。

研究中，各個科研單位分享自己的思路、技術，遇到問題共同討論解決。不僅如此，為了方便研究，一些單位還將人才派駐到廣西大學參與科研。

易滌凡是一名來自中國科學院大學粒子物理團隊的直博生。X射線偏振相關的科學課題是他最感興趣的方向。通過中國科學院大學和廣西大學相關團隊的合作關系，他加入了項目，在廣西大學團隊深入學習交流并參與項目研究工作。

X射線的信息被探測器捕獲后，只是一堆原始數(shù)據(jù)，其中還夾雜著許多干擾信息。要從中提取出有效的信息，只靠已有的處理算法，效率和精確度都較低。為了解決這個問題，易滌凡和團隊成員一起鉆研，開發(fā)了新的全模擬軟件并提出了全新的修正算法，可以對探測原始數(shù)據(jù)進行快速提取優(yōu)化，極大提高了X射線偏振探測精確度。

“科研不是閉門造車，很多老一輩科學家都鼓勵青年走出研究所，到各地大學扎根，去帶動學科發(fā)展。” 易滌凡說，并非在北上廣才能做科研，廣西一樣可以，開放流動可以形成良性循環(huán)的生態(tài)，有利于各學科領域發(fā)展。

團隊介紹，探測器要在太空使用，需要充入純凈的工作氣體，并減少氣體泄漏，以保證任務期間性能的穩(wěn)定。一種方式是外接一個氣罐，往探測器內(nèi)部補充氣體，維持探測器壓力。但外接氣罐會額外增加火箭運載負擔，提高科研成本。

為此，封煥波花了4年時間研發(fā)出一項氣體探測器封裝技術，可以讓探測器脫離氣罐獨立使用。他不僅將這項技術應用到探測器上，還共享出去，其他團隊也能使用。

除了在技術上合作共享，在工作協(xié)作上，各單位也緊密配合。華中師范大學負責探測器的電路設計，設計好的圖紙會發(fā)往深圳的廠家生產(chǎn)。在一次試驗中，電路板中的一個電容沒有通過測試。團隊迅速按照航天標準進行了技術歸零，成功定位并復現(xiàn)了問題，最終確定電路板需要改版。而此時，已臨近項目時間節(jié)點。

要改電路板通常需要幾個星期的時間。華中師范大學王輝博士收到請求后，連夜修改好圖紙，深圳的廠家拿到圖紙后，停下原本的生產(chǎn)工作，緊急制作好電路板發(fā)到廣西大學。這套流程下來，只用了不到一周。封煥波說，中國科研、生產(chǎn)單位的緊密協(xié)作創(chuàng)造了這樣的速度。

年輕一代也能“十年磨一劍”

“有人說我們一代不如一代，但在我看來，年輕人是超越了我們老一代的。” 劉宏邦說。

由于各學校、科研單位是第一次合作，其間難免會出現(xiàn)紕漏。團隊曾做出一款看上去“完美”的探測器，初步試驗數(shù)據(jù)符合要求，團隊以為項目就快成功時，卻在模擬太空的環(huán)境中出了問題。

在大氣環(huán)境中，溫度相對穩(wěn)定，探測器運轉(zhuǎn)良好。但在模擬太空環(huán)境里，劇烈變化的溫度，讓探測器部件因熱脹冷縮破裂，試驗失敗。

“科研沒有僥幸，該踩的坑一定會踩，這些年我們踩了無數(shù)坑。但坑踩了一次，就要吸取教訓，不能踩第二次?！狈鉄úㄕf，為了從這些坑中走出來，團隊常常一周7天都在實驗室，每天工作10小時以上。任務緊急時，一天只睡兩三個小時。

被問及為什么愿意付出這么多，封煥波說，為了追趕，為了超越。

“每當克服了一個難題，我就會很興奮，疲憊也一掃而空，甚至想跑出去唱兩首歌?！狈鉄úㄕf，如果說2014年是“前途無望”，那么10年后，已是“信心滿滿”。

2023年6月，X射線偏振探測立方星順利升空，成功捕獲X射線數(shù)據(jù)，完成了初步科研任務。這是國際上首次采用大面積拼接方案的衛(wèi)星，從探測器外殼到電子芯片，全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。從此，我國的X射線偏振研究不再依賴國外技術，避免了“卡脖子”問題。

但這樣的成果沒有讓團隊滿足，當前探測器的捕獲效率、精度和國際先進水平仍有差距，他們接下來要研制更精確的探測器，并計劃在2027年讓探測器進入中國空間站進行實驗。

“中國要成為一個科技強國，要培養(yǎng)我們自己的年輕人。我們回頭來看，當年研制出原子彈的那些人，也多是年輕人。當下的年輕人，不僅有老一輩‘十年磨一劍’的精神，還處在更先進的技術環(huán)境中，擁有更強的學習能力，懷著更樂觀、自信的心態(tài)。從這幾點來說，我們是可以做到一代比一代強的?！绷憾骶S說。

在梁恩維看來，國家非常注重科技人才的培養(yǎng)，不斷豐沃人才成長的土壤，如今很多科研項目的帶頭人都是30來歲的青年學者。當青年學者帶動更多更年輕的學生投身科研、發(fā)展科研，中國的科研人才供給就會源源不斷。

來源：中國青年報