自新中國成立75周年以來,中國始終堅持自力更生和自主創新,逐步實作了離開地球、遨遊太空和探索宇宙的夢想,空間科學研究不斷深化,屢屢取得備受矚目的科技成果。
空間科學主要透過航天器作為研究平台,探索日地空間、行星際空間以及整個宇宙中發生的物理、化學和生命等自然現象及其規律。這是一門處於基礎前沿、引領技術革新,並保障國家太空安全的重要科學。
自新中國成立以來,中國的空間科學經歷了三個重要的發展階段。
自1958年確定研發計劃至1970年,中國首顆人造地球衛星「東方紅一號」圓滿發射,標誌著中國空間科學的開端。
21世紀初,中國順利推行了由「探測一號」和「探測二號」構成的「雙星計劃」,成功邁出了中國空間科學專用衛星從無到有的重要一步。
自黨的十八大以來,中國相繼發射了多顆空間科學實驗衛星,如「悟空」「墨子號」「慧眼」「誇父一號」等。同時,載人航天工程也開展了大量空間科學與套用實驗,月球和行星探測工作持續推進,標誌著中國的空間科學研究迅速發展,空間科學事業正逐步邁向國際舞台的中心。
中國的空間科學衛星在起初沒有的情況下逐漸發展,並在太空中熠熠生輝。
要更有效地利用宇宙空間,首先必須掌握宇宙現象及其規律,這離不開科學衛星的支持。「東方紅一號」是中國首顆人造衛星,標誌著中國空間科學的開端。目前,中國已成功實施了15次空間科學衛星任務,形成了獨具特色的中國空間科學衛星系列。那麽,中國的空間科學衛星是如何從無到有,持續發展壯大並在太空中綻放光芒的呢?讓我們一探究竟。
幾天前,中國的「微笑衛星」完成了正樣研制,該衛星是用於太陽風與磁層相互作用全景成像的,預計將在2025年底前擇機發射。「微笑衛星」作為中國科學院空間科學(二期)先導專項的收官之作,旨在獲取太陽風與地球磁層的相互作用數據,並探索日冕物質拋射事件等,預計將為人類知識圖譜帶來新的發現。
中國科學院院士、國家空間科學中心主任王赤表示:目前我們的探測器材水平不斷提升,對宏觀過程的觀察更加廣泛,對微觀過程的分析也更加精細,同時在能量過程的研究上也涉獵到更高能段,中國的空間科學正處於一個多點突破的階段。
自2011年以來,中國陸續發射了一系列開創性的空間科學衛星,包括首顆空間天文衛星——暗物質衛星「悟空」號、量子科學實驗衛星「墨子號」、綜合性太陽探測衛星「誇父一號」,以及大視場X射線天文衛星「愛因斯坦探針」等。這些衛星專案分為兩期,旨在拓展空間科學的新領域,實施對太陽活動、日地空間以及宇宙天體爆發等現象的全方位動態監測與探測。
中國科學院院士、國家空間科學中心主任王赤表示:「悟空號」暗物質體子探測衛星的能量探測範圍處於最高水平;「墨子號」首次在國際上實作了基於纏結的千公裏量子金鑰分發;「誇父一號」在監測太陽磁場的縱向場方面已達到國際先進標準。今年年初發射的「愛因斯坦探針」至今已探測到超過2000顆恒星的耀發事件,從而為我們提供有關動態宇宙的更深層次的科學認知。
自黨的十八大以來,中國的空間科學研究取得了迅猛進展,這一成就的背後飽含了數十年的探索與積澱。
中國科學院院士、國家空間科學中心主任王赤表示:空間科學中心的起源可以追溯到我們581組,成立於1958年,目的是為「東方紅一號」衛星的研發而設立的研究機構。這也是我們當初的夢想——開發中國的人造衛星。
開展空間科學研究時,衛星的作用是無可替代的。1957年,蘇聯成功發射了全球首顆人造衛星,這標誌著人類進入了航天時代。1958年,中國首次提出要發展人造衛星。然而,對於當時工業和科研基礎較為薄弱的中國來說,衛星技術的復雜性使得這一目標並非易事。
當時擔任「東方紅一號」衛星總體設計組副組長的潘厚任表示:如果把發射「東方紅一號」衛星比作吃饅頭,那就得從荒地裏種小麥開始,完全是從零開始,白手起家。
在眾多挑戰面前,衛星的研發一度被延緩,科研力量被優先用於探空火箭的發展。直到1965年,黨中央作出決策,重新啟動衛星研發,並於當年10月召開了衛星方案的論證會議。
時任「東方紅一號」衛星總體設計組副組長潘厚任表示,參與人員大約有100多人,會議持續了42天,白天進行討論,晚上進行計算與研究。最終確定了12字指標:「上得去、抓得住、聽得到、看得見」。
「上得去」是衛星發射的首要且最基本的要求,這一目標需要透過大量精確的計算來確保。
當時擔任「東方紅一號」衛星整體設計組副組長的潘厚任表示:我們一無所有,連電腦都沒有。那時候只能依靠計算尺,而其他國家的衛星技術都是高度機密,不向我們公開。我們必須依靠自己的力量,自給自足,艱苦努力,開辟前人未曾踏足的道路。
從基本原理到軌域計算,再到發射測控,從衛星的結構到無數高精度零部件,國內眾多領域的科研和工程人員克服了種種困難,歷經5年的努力,憑借最簡單的器材實作了中國的首個太空使命。1970年4月24日,「東方紅一號」衛星成功發射,並傳回了遙測數據和樂音,使全球都聽到了中國衛星的聲音。
當時負責「東方紅一號」衛星總體設計的副組長潘厚任表示:我特別開心,終於實作了成功。那時我們非常自豪的是,「東方紅一號」衛星的所有部份都是國產的,這促進了一系列工業與科研的發展,奠定了良好的基礎,並培養了一批人才。最重要的是,我們建立了自己的一套理論、方法和工藝。
「東方紅一號」為中國後續多顆衛星的研發與發射奠定了堅實的基礎,並且標誌著中國在空間科學領域的起步。隨著一系列前沿空間科學任務的開展,中國的太空探索之旅將愈發廣闊。
中國科學院院士、國家空間科學中心主任王赤表示:未來我們將重點關註五個科學探測主題,分別是極端宇宙、時空漣漪、日地全景、宜居行星和太空格物。這些主題凝聚出17個優先發展方向。透過實施這些任務,我們的目標是在2035年前進入空間科學的國際領先行列。
中國空間站的空間科學實驗正在有條不紊地進行。
目前中國的空間科學研究可謂「蓬勃發展」,科學衛星在太空中不斷探索未知領域的同時,中國空間站內各類空間科學實驗也在有序進行,科研成果源源不斷地湧現。那麽,支撐這一切的科技又有哪些呢?
在中國科學院空間套用工程與技術中心,團隊成員正在密切監控空間站的最新情況。
中國科學院空間套用工程與技術中心的研究員張璐表示:我們正在進行輻射生物學裝置回艙的相關工作。此前送入太空的一些厭氧古菌樣本,經歷了幾個月的太空暴露後,需要將這些樣品從艙外轉移到艙內。
根據相關資訊,依托中國空間站設立的國家太空實驗室,目前已經在軌域上開展了超過百項科學實驗與套用試驗。「太空稻種」已經在地面成功繁育出後代;「太空養魚」則實作了中國在太空中培育脊椎動物的重大突破;同時,「太空晶體」也成功生長,為地面新材料的制備提供了重要指導……這一系列科學實驗與科研成果的取得,離不開科學實驗櫃的支持。
中國空間站的密封艙內設定了14個科學實驗櫃,涉及生命生態、流體物理和無容器材料等領域。每個實驗櫃雖然尺寸不大,卻凝聚了眾多科研人員十多年間的無數次嘗試與努力。
中國科學院空間套用工程與技術中心的研究員張璐表示:所有的實驗櫃大約在十多年前就開始了相關的考慮與規劃。第一步中最具挑戰性的是對我們在太空中涉及的各種領域進行規劃,明確需要實施哪種類別的實驗,將其從科學的概念轉變為工程上可實作的方案。這個過程的復雜程度其實絲毫不遜色於設計一顆全新的衛星,因為之前沒有人進行過這樣的嘗試。
總台央視記者任梅梅:我身邊是與我們的空間站大小相同、配置相似、同步執行的十四個科學實驗櫃。每個實驗櫃相當於一個綜合性科學實驗室,它們共有的研發難點在於空間有限,相當於需要將多個地面實驗室的器材放入一個不到兩立方米的櫃子中。
為了在最輕的重量下承載更多的科學器材,科研團隊對實驗櫃進行了數百次的仿真和力學測試。最終,他們在櫃體主要結構重量不足100公斤的條件下,實作了500公斤的承重能力,這一數碼超過了國際太空站實驗櫃的兩倍。
中國科學院空間套用工程與技術中心的研究員張璐表示:當我們最後一個實驗櫃送走時,心中其實充滿了不舍。在過去的十年裏,我們與實驗櫃的互動時間幾乎超過了與家人相處的時光。當實驗櫃順利發射並正常入軌,看到各種科學資料來源源不斷地傳回地面時,我想,這正是三十多年來所有載人航天科研工作者所渴望見到的瞬間。
由於一系列太空科學實驗的成功進行,從神舟十二號到神舟十七號,航天員們已陸續帶回超過300份科學實驗樣品,國內外的上百家科研機構參與了相關研究。目前,相關部門正在篩選更多的科學實驗專案,期待國家太空實驗室能夠帶來新的科學突破。
中國科學院空間套用工程與技術中心的研究員張璐表示:我們不能松懈,要挑選出一些專案,以產生能夠直接服務於國家和人民生活的套用成果;同時,我們還需不斷研發新的載荷裝置,以支持更多、更廣泛的空間科學與套用實驗。我們的空間站是近地軌域上的一個大型實驗室,將來在月球上也可能設立實驗室,甚至在更遙遠的未來,我們可能在更遠的星體上建立探索宇宙與未知奧秘的空間實驗室。