自新中国成立75周年以来,我国始终坚持自力更生和自主创新,逐步实现了离开地球、遨游太空和探索宇宙的梦想,空间科学研究不断深化,屡屡取得备受瞩目的科技成果。
空间科学主要通过航天器作为研究平台,探索日地空间、行星际空间以及整个宇宙中发生的物理、化学和生命等自然现象及其规律。这是一门处于基础前沿、引领技术革新,并保障国家太空安全的重要科学。
自新中国成立以来,我国的空间科学经历了三个重要的发展阶段。
自1958年确定研发计划至1970年,我国首颗人造地球卫星「东方红一号」圆满发射,标志着我国空间科学的开端。
21世纪初,我国顺利推行了由「探测一号」和「探测二号」构成的「双星计划」,成功迈出了我国空间科学专用卫星从无到有的重要一步。
自党的十八大以来,我国相继发射了多颗空间科学实验卫星,如「悟空」「墨子号」「慧眼」「夸父一号」等。同时,载人航天工程也开展了大量空间科学与应用实验,月球和行星探测工作持续推进,标志着我国的空间科学研究迅速发展,空间科学事业正逐步迈向国际舞台的中心。
我国的空间科学卫星在起初没有的情况下逐渐发展,并在太空中熠熠生辉。
要更有效地利用宇宙空间,首先必须掌握宇宙现象及其规律,这离不开科学卫星的支持。「东方红一号」是我国首颗人造卫星,标志着中国空间科学的开端。目前,我国已成功实施了15次空间科学卫星任务,形成了独具特色的中国空间科学卫星系列。那么,我国的空间科学卫星是如何从无到有,持续发展壮大并在太空中绽放光芒的呢?让我们一探究竟。
几天前,我国的「微笑卫星」完成了正样研制,该卫星是用于太阳风与磁层相互作用全景成像的,预计将在2025年底前择机发射。「微笑卫星」作为中国科学院空间科学(二期)先导专项的收官之作,旨在获取太阳风与地球磁层的相互作用数据,并探索日冕物质抛射事件等,预计将为人类知识图谱带来新的发现。
中国科学院院士、国家空间科学中心主任王赤表示:目前我们的探测设备水平不断提升,对宏观过程的观察更加广泛,对微观过程的分析也更加精细,同时在能量过程的研究上也涉猎到更高能段,中国的空间科学正处于一个多点突破的阶段。
自2011年以来,我国陆续发射了一系列开创性的空间科学卫星,包括首颗空间天文卫星——暗物质卫星「悟空」号、量子科学实验卫星「墨子号」、综合性太阳探测卫星「夸父一号」,以及大视场X射线天文卫星「爱因斯坦探针」等。这些卫星项目分为两期,旨在拓展空间科学的新领域,实施对太阳活动、日地空间以及宇宙天体爆发等现象的全方位动态监测与探测。
中国科学院院士、国家空间科学中心主任王赤表示:「悟空号」暗物质粒子探测卫星的能量探测范围处于最高水平;「墨子号」首次在国际上实现了基于纠缠的千公里量子密钥分发;「夸父一号」在监测太阳磁场的纵向场方面已达到国际先进标准。今年年初发射的「爱因斯坦探针」至今已探测到超过2000颗恒星的耀发事件,从而为我们提供有关动态宇宙的更深层次的科学认知。
自党的十八大以来,我国的空间科学研究取得了迅猛进展,这一成就的背后饱含了数十年的探索与积淀。
中国科学院院士、国家空间科学中心主任王赤表示:空间科学中心的起源可以追溯到我们581组,成立于1958年,目的是为「东方红一号」卫星的研发而设立的研究机构。这也是我们当初的梦想——开发我国的人造卫星。
开展空间科学研究时,卫星的作用是无可替代的。1957年,苏联成功发射了全球首颗人造卫星,这标志着人类进入了航天时代。1958年,中国首次提出要发展人造卫星。然而,对于当时工业和科研基础较为薄弱的中国来说,卫星技术的复杂性使得这一目标并非易事。
当时担任「东方红一号」卫星总体设计组副组长的潘厚任表示:如果把发射「东方红一号」卫星比作吃馒头,那就得从荒地里种小麦开始,完全是从零开始,白手起家。
在众多挑战面前,卫星的研发一度被延缓,科研力量被优先用于探空火箭的发展。直到1965年,党中央作出决策,重新启动卫星研发,并于当年10月召开了卫星方案的论证会议。
时任「东方红一号」卫星总体设计组副组长潘厚任表示,参与人员大约有100多人,会议持续了42天,白天进行讨论,晚上进行计算与研究。最终确定了12字指标:「上得去、抓得住、听得到、看得见」。
「上得去」是卫星发射的首要且最基本的要求,这一目标需要通过大量精确的计算来确保。
当时担任「东方红一号」卫星整体设计组副组长的潘厚任表示:我们一无所有,连计算机都没有。那时候只能依靠计算尺,而其他国家的卫星技术都是高度机密,不向我们公开。我们必须依靠自己的力量,自给自足,艰苦努力,开辟前人未曾踏足的道路。
从基本原理到轨道计算,再到发射测控,从卫星的结构到无数高精度零部件,国内众多领域的科研和工程人员克服了种种困难,历经5年的努力,凭借最简单的设备实现了中国的首个太空使命。1970年4月24日,「东方红一号」卫星成功发射,并传回了遥测数据和乐音,使全球都听到了中国卫星的声音。
当时负责「东方红一号」卫星总体设计的副组长潘厚任表示:我特别开心,终于实现了成功。那时我们非常自豪的是,「东方红一号」卫星的所有部分都是国产的,这促进了一系列工业与科研的发展,奠定了良好的基础,并培养了一批人才。最重要的是,我们建立了自己的一套理论、方法和工艺。
「东方红一号」为我国后续多颗卫星的研发与发射奠定了坚实的基础,并且标志着我国在空间科学领域的起步。随着一系列前沿空间科学任务的开展,中国的太空探索之旅将愈发广阔。
中国科学院院士、国家空间科学中心主任王赤表示:未来我们将重点关注五个科学探测主题,分别是极端宇宙、时空涟漪、日地全景、宜居行星和太空格物。这些主题凝聚出17个优先发展方向。通过实施这些任务,我们的目标是在2035年前进入空间科学的国际领先行列。
中国空间站的空间科学实验正在有条不紊地进行。
目前我国的空间科学研究可谓「蓬勃发展」,科学卫星在太空中不断探索未知领域的同时,中国空间站内各类空间科学实验也在有序进行,科研成果源源不断地涌现。那么,支撑这一切的科技又有哪些呢?
在中国科学院空间应用工程与技术中心,团队成员正在密切监控空间站的最新情况。
中国科学院空间应用工程与技术中心的研究员张璐表示:我们正在进行辐射生物学装置回舱的相关工作。此前送入太空的一些厌氧古菌样本,经历了几个月的太空暴露后,需要将这些样品从舱外转移到舱内。
根据相关信息,依托中国空间站设立的国家太空实验室,目前已经在轨道上开展了超过百项科学实验与应用试验。「太空稻种」已经在地面成功繁育出后代;「太空养鱼」则实现了我国在太空中培育脊椎动物的重大突破;同时,「太空晶体」也成功生长,为地面新材料的制备提供了重要指导……这一系列科学实验与科研成果的取得,离不开科学实验柜的支持。
中国空间站的密封舱内设置了14个科学实验柜,涉及生命生态、流体物理和无容器材料等领域。每个实验柜虽然尺寸不大,却凝聚了众多科研人员十多年间的无数次尝试与努力。
中国科学院空间应用工程与技术中心的研究员张璐表示:所有的实验柜大约在十多年前就开始了相关的考虑与规划。第一步中最具挑战性的是对我们在太空中涉及的各种领域进行规划,明确需要实施哪种类型的实验,将其从科学的概念转变为工程上可实现的方案。这个过程的复杂程度其实丝毫不逊色于设计一颗全新的卫星,因为之前没有人进行过这样的尝试。
总台央视记者任梅梅:我身边是与我们的空间站大小相同、配置相似、同步运行的十四个科学实验柜。每个实验柜相当于一个综合性科学实验室,它们共有的研发难点在于空间有限,相当于需要将多个地面实验室的设备放入一个不到两立方米的柜子中。
为了在最轻的重量下承载更多的科学设备,科研团队对实验柜进行了数百次的仿真和力学测试。最终,他们在柜体主要结构重量不足100公斤的条件下,实现了500公斤的承重能力,这一数字超过了国际空间站实验柜的两倍。
中国科学院空间应用工程与技术中心的研究员张璐表示:当我们最后一个实验柜送走时,心中其实充满了不舍。在过去的十年里,我们与实验柜的互动时间几乎超过了与家人相处的时光。当实验柜顺利发射并正常入轨,看到各种科学数据源源不断地传回地面时,我想,这正是三十多年来所有载人航天科研工作者所渴望见到的瞬间。
由于一系列太空科学实验的成功进行,从神舟十二号到神舟十七号,航天员们已陆续带回超过300份科学实验样品,国内外的上百家科研机构参与了相关研究。目前,相关部门正在筛选更多的科学实验项目,期待国家太空实验室能够带来新的科学突破。
中国科学院空间应用工程与技术中心的研究员张璐表示:我们不能松懈,要挑选出一些项目,以产生能够直接服务于国家和人民生活的应用成果;同时,我们还需不断研发新的载荷装置,以支持更多、更广泛的空间科学与应用实验。我们的空间站是近地轨道上的一个大型实验室,将来在月球上也可能设立实验室,甚至在更遥远的未来,我们可能在更远的星体上建立探索宇宙与未知奥秘的空间实验室。