[科普中國]-仰望星空，中國又發(fā)射了科學(xué)衛(wèi)星

編者按：

工欲善其事，必先利其器。自東方紅衛(wèi)星發(fā)射以來，中國航天技術(shù)已經(jīng)有了長足進(jìn)步。但空間科學(xué)領(lǐng)域，由于缺乏自主的科學(xué)衛(wèi)星，長期使用國外數(shù)據(jù)，科學(xué)家們的研究受到很大限制?？臻g科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)正在打破這一僵局。

HXMT衛(wèi)星的成功發(fā)射，和暗物質(zhì)衛(wèi)星、實(shí)踐十號衛(wèi)星、量子通信衛(wèi)星一起，為空間戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)十二五期間的任務(wù)畫上了完美句號。

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星（Hard X-ray Mulation Telescope，簡稱HXMT）將于6月12日進(jìn)行發(fā)射，它是我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，同時(shí)也是中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)中，十二五期間最后一顆發(fā)射的衛(wèi)星。

戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)，顧名思義要優(yōu)先發(fā)展，要傾斜資源，從而形成重大創(chuàng)新突破和集群優(yōu)勢。那么，為什么要給空間科學(xué)設(shè)先導(dǎo)專項(xiàng)呢？

空間科學(xué)對國家發(fā)展具有重要戰(zhàn)略作用

空間科學(xué)有多重要？可以參考蘇聯(lián)解體前，美蘇進(jìn)行的瘋狂太空競賽。

它是促進(jìn)航天技術(shù)創(chuàng)新、拓展空間應(yīng)用、服務(wù)國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)和平利用空間、提升大國地位的不可或缺的重要戰(zhàn)略領(lǐng)域。

自我國發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星以來，我國的航天技術(shù)已有了很大的發(fā)展，加速發(fā)展空間科學(xué)的基本技術(shù)條件已經(jīng)具備。我國的空間科學(xué)家由于長期使用國外科學(xué)衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)，也已經(jīng)建立了初步的研究隊(duì)伍和力量。但是**由于缺少自主的科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃和第一手的探測數(shù)據(jù)，科學(xué)家原創(chuàng)性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)還比較少，原創(chuàng)性的科學(xué)思想也不能快速、直接得到驗(yàn)證。**空間科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃對空間技術(shù)發(fā)展的獨(dú)特的牽動(dòng)和引領(lǐng)作用也沒有充分發(fā)揮出來。

因此，通過實(shí)施空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，可以盡快彌補(bǔ)我國與國外的差距，特別是在前沿基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)現(xiàn)和具有潛在應(yīng)用意義的空間知識創(chuàng)新方面，同時(shí)也將為我國航天技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。

在十二五期間，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)主要包括四顆科學(xué)衛(wèi)星工程：暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星、實(shí)踐十號返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（HXMT）衛(wèi)星以及配套設(shè)施建設(shè)。

隨著HXMT衛(wèi)星的順利升空，空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)十二五期間的任務(wù)順利收官。讓我們一起看一下天空中的這四顆“中國星”。

**“**悟空”號：暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星

作為空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首發(fā)衛(wèi)星，暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”（DAMPE）于2015年12月17日在酒泉發(fā)射，是我國第一顆空間高能粒子探測器，是目前世界上迄今為止觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星。

它的科學(xué)目標(biāo)主要有三個(gè)：一是暗物質(zhì)間接探測；二是尋找宇宙射線的起源；三是伽馬射線天體物理。

這顆衛(wèi)星主要的科學(xué)儀器無論在重量、功耗還是電子學(xué)線路的復(fù)雜度、工程實(shí)現(xiàn)難度方面都超出了以往。探測器最核心的組成部分——BGO量能器技術(shù)只有中國可以做到。

現(xiàn)在，“悟空”已經(jīng)傳回了一批批科學(xué)數(shù)據(jù)，并交由科研團(tuán)隊(duì)處理。

暗物質(zhì)衛(wèi)星運(yùn)行示意圖

“實(shí)踐十號”：我國首顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星

實(shí)踐十號衛(wèi)星是中科院空間科學(xué)先導(dǎo)系列中第二顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，2016年4月6日1時(shí)38分，我國首顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星實(shí)踐十號發(fā)射升空。

它充分利用了太空中長時(shí)間的微重力環(huán)境和復(fù)雜的輻射環(huán)境，開展微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究。實(shí)踐十號共承載了19項(xiàng)科學(xué)任務(wù)，其中微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有10項(xiàng)，還有9項(xiàng)為空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。全部科學(xué)項(xiàng)目為微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)的前沿研究項(xiàng)目，全部實(shí)驗(yàn)均在國際上首次開展。

作為我國首顆專門的返回式微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，取得了一批重要成果和科學(xué)數(shù)據(jù)。其中“微重力條件下哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育研究”取得重要進(jìn)展，小鼠早期胚胎在太空中順利完成從2細(xì)胞到囊胚的全程發(fā)育。這是世界上第一次實(shí)現(xiàn)哺乳動(dòng)物胚胎在太空發(fā)育。

實(shí)踐十號衛(wèi)星運(yùn)行示意圖

**“**墨子號”：全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星

2016年8月16日，全球首顆量子通信衛(wèi)星“墨子號”成功發(fā)射，是中國繼暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”、微重力返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“實(shí)踐十號”之后的第三顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。

中國成為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的國家，我國實(shí)現(xiàn)了“天地一體化”量子通信網(wǎng)絡(luò)的初步構(gòu)建，這也成為量子通信領(lǐng)域的中國最強(qiáng)音。隨著“墨子號”的順利升空，地面的“京滬干線”與空間的量子衛(wèi)星共同構(gòu)成了覆蓋全球的廣域網(wǎng)絡(luò)，充分利用衛(wèi)星覆蓋的廣域性和光纖入戶的便利性，從而真正實(shí)現(xiàn)“天地一體化”的量子通信。

量子衛(wèi)星運(yùn)行示意圖

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（HXMT)衛(wèi)星

作為空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)十二五期間的收官之作，硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（Hard X-ray Modulation Telescope，簡稱HXMT）衛(wèi)星是中國科學(xué)院高能物理研究所和航天科技集團(tuán)五院等單位研制的中國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星，于2017年6月15日發(fā)射升空。

它主要由衛(wèi)星平臺(tái)和有效載荷構(gòu)成，總重量約2500Kg，將在高度550公里、傾角43°的近地圓軌道上運(yùn)行。搭載了三個(gè)空間望遠(yuǎn)鏡，包括高能X射線望遠(yuǎn)鏡、中能X射線望遠(yuǎn)鏡和低能X射線望遠(yuǎn)鏡。

HXMT衛(wèi)星有三種科學(xué)觀測模式，包括對某個(gè)天區(qū)進(jìn)行掃描成像觀測，對特定天體的定點(diǎn)觀測以及伽馬射線暴檢測模式。

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（HXMT）衛(wèi)星在能量覆蓋范圍、探測面積和能量分辨率等方面具有明顯的綜合優(yōu)勢，將為國內(nèi)外科學(xué)家提供大批高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)，使我國在大天區(qū)高靈敏度快速巡天、黑洞、中子星等天體的硬X射線快速光變研究以及劇烈高能爆發(fā)現(xiàn)象的監(jiān)測等領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平。

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星運(yùn)行示意圖

我國的空間科學(xué)近幾年飛速發(fā)展，成果豐碩。

未來，還有５顆空間科學(xué)衛(wèi)星將陸續(xù)完成研制和發(fā)射，包括中歐聯(lián)合空間科學(xué)衛(wèi)星任務(wù)太陽風(fēng)－磁層相互作用全景成像衛(wèi)星計(jì)劃(SMILE)、磁層－電離層－熱層耦合小衛(wèi)星星座探測計(jì)劃(MIT)、全球水循環(huán)觀測衛(wèi)星(WCOM)、愛因斯坦探針(EP)和先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)(ASO－S)。

工欲善其事，必先利其器。通過實(shí)施空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，發(fā)射我們自己的科學(xué)衛(wèi)星，將打破長期使用國外科研數(shù)據(jù)的僵局，有望在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)出原創(chuàng)性的科學(xué)成果，深化人類對宇宙和自然規(guī)律的認(rèn)識，并為我國航天技術(shù)的發(fā)展注入新的活力，引領(lǐng)中國實(shí)現(xiàn)從航天大國到航天強(qiáng)國的跨越發(fā)展。