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“北斗”耀空、“奋斗者”潜海、“嫦娥”奔月、“天问”探火……

2020,致敬“国之重器”,回眸江苏科技之光

版次:17 来源:新华日报      2020年12月30日

编者按:站在2021年的门槛上回望2020,这不平凡的一年令世界充满艰辛与挑战。然而这一年,中国科技逆势飞扬,“北斗”耀空,“奋斗者”潜海,“嫦娥”奔月,“天问”探火……国之重器引领着国家的崛起与复兴,江苏科技发展也迎来多个高光时刻,百姓生活因科技的进步,迸发出无限可能。

2020年即将在寒冬中过去,回顾是为了更好地前行。江苏科技工作者已做好准备,满怀坚定信心,迈向“十四五”新征程。

“奋斗者”号团队:我们疾书这一年

回望2020,从海洋深处,到世界最高峰,哪里都有中国奋斗者们勠力创新的矫健身影。

2020年11月10日,中国载人潜水器“奋斗者”号,在西太平洋马里亚纳海沟成功下潜突破1万米,在深海刻下了10909米的中国印记。11月28日,习近平总书记在贺信中高度评价了“严谨求实、团结协作、拼搏奉献、勇攀高峰”的中国载人深潜精神,短短16个字,凝聚着一代代深潜人20年间筚路蓝缕的接续奋斗历程。

2002年深海载人潜水器研制被列为国家高技术研究发展计划重大专项,从1000米级、3000米级、5000米级海试成功,到“蛟龙”号创造7062米深潜纪录,再到“奋斗者”号成功挑战万米深处,我国深海科技的探索一步一个脚印,走得坚定从容。如今,掌握了总体、结构、机械等关键技术的“奋斗者”号是国际上首次可以同时搭载3人下潜的万米载人潜水器,也成了我国第一台拥有自主知识产权的全海深载人潜水器,在逐梦深海中展示了自立自强的中国形象。

挺进海洋最深处,离不开“奋斗者”号背后的奋斗者们。“我们度过了难忘的一年。”中国船舶七〇二所副所长、“奋斗者”号总设计师叶聪告诉记者,年初新冠肺炎疫情突发时,大家科学应对,早在2月初,这支载人深潜国家队的核心技术人员就从全国各地集结到江苏无锡,开展潜水器的总装联调和水池试验,“大家有信心、下决心要完成2016年项目立项时候的承诺,按时、按任务书的要求完成万米载人深潜任务。”

叶聪表示,正是由于前期充分的准备,“奋斗者”号在海试现场的节奏比较顺畅,“在75天内,我们连航渡加试验,从浅到深完成了30次下潜,其中8次突破万米,多次到达世界海洋最深处,实现了全球首次万米海底高清视频直播和原位科学考察。”

回首这一年的酸甜苦辣,叶聪觉得,可以用一个“斗”字来描述,“我们跟新冠肺炎疫情在战斗,我们在总装联调和试验现场奋斗,正是因为敢奋斗、能奋斗,‘奋斗者’号圆满完成了万米载人深潜任务,我们这群奋斗者感觉非常的幸福。”

11月底,“奋斗者”号研制和海试团队回到了江苏无锡,“奋斗者”号在这里诞生,“‘奋斗者’号的设计、总装、联调和水池试验都在无锡,不仅如此,很多部件都是江苏制造。”叶聪表示,江苏有很强的工业配套能力,新型钛合金载人舱球壳的成型、水下液压和推力器的研制、系列的高精度检测和检验等都是依靠江苏的院所机构完成的。

在“奋斗者”号的诞生地,七〇二所将打造以载人深潜技术为特色之一的“太湖实验室”,以促进深海可持续开发利用和海洋安全重大需求为导向,积极开展国家重大科研任务攻关,进一步积聚和提升江苏深海科技力量。叶聪告诉记者,下一步,“奋斗者”号会开展深渊科学考察,去探访除了马里亚纳海沟以外的其它深渊,“我们会拓展载人潜水器的应用场景,包括冰下的海洋、水下的特助目标,我们会提高深海工业工程的复杂程度和效率,为探索、保护和开发深海持续科研做出更大贡献。”

北斗:最亮的那颗星,为未来导航

“河汉纵且横,北斗横复直。”2020年6月23日,中国在西昌卫星发射中心成功发射北斗三号最后一颗全球组网卫星,成为2020年最“亮”的那颗星。至此,北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成。

“这标志着北斗卫星导航系统从区域服务走向全球服务。无论到世界哪个角落,人们都可以靠中国的卫星导航服务寻找到方向。” 中国航天科技集团五院北斗三号卫星总设计师、南京航空航天大学 86级校友陈忠贵说,那一刻举国关注、举世瞩目,作为参研队伍的一员,他感到非常自豪。

除了总师南航造,记者了解到,北斗的江苏元素也令人惊喜。“江苏省是科技大省、工业大省,北斗卫星导航系统的很多重要核心电子器件和部件是江苏造;江苏对于推动北斗应用极其重视,南京曾成功承办了北斗导航年会,很多高校和科研单位在导航理论研究和推广应用研究方面都处于世界前沿。”陈忠贵表示。

作为离百姓生活最近的“大国重器”,北斗导航卫星单机和关键元器件国产化率达到100%,完全做到了自主可控。相较北斗二号,北斗三号卫星导航系统的功能要求更多、指标要求更高,健壮性、可用性和可靠性要求更强,在RDSS服务、广域增强服务、全球短报文服务、搜索救援服务等方面都形成了鲜明的北斗特色。

今年对陈忠贵来说,也是难忘的一年。今年春节前,腊月二十六,陈忠贵的妻子从北京赶到了基地,和他一起留守基地。“每天主要是检查下卫星的数据和状态,有一些特殊设备需要定期监测和保障,还要注意防范电缆沟可能会有小动物闯入……”对于陈忠贵来说,守着这颗GEO-2轨道卫星过年让他觉得安心。

陈忠贵记得,2020年,习主席在新年贺词中说到“北斗导航全球组网进入冲刺期”时,北斗三号研制团队正在紧张地开展最后两颗组网星的出厂测试和发射准备工作,“听到贺词,我们都深受鼓舞,决心以‘更高的标准,更严的要求,更细的工作’完成好任务,以成功报效祖国,因此今年上半年的感受就是‘紧张’二字。”在北斗三号最后一颗卫星成功发射后,陈忠贵还和几个团队成员一起乘飞机赶到西安测控中心,监测卫星入轨工作的最后一段路程。

北斗三号全球卫星导航系统组网开通,在陈忠贵看来更是一个开始。“保证长期稳定运行、技术提升,接下来还需更加精心。”陈忠贵告诉记者,目前北斗卫星导航系统已进入全球服务的新阶段。为了确保北斗卫星导航系统可靠服务,将适时发射在轨备份星。“作为导航卫星的建造者,保障我们的北斗系统高质量高精度地服务用户,保持卫星系统连续稳定运行是我们的责任和义务,‘中国的北斗,世界的北斗,一流的北斗’始终是我们大家工作的标准。”

北斗卫星导航系统的应用,或许只受制于“想象力”。陈忠贵表示,北斗卫星导航系统,不仅有基本导航授时服务功能,同时还有报文通信、搜救、差分增强服务等多种服务功能,进一步深化北斗系统应用推广,让其在国计民生中充分发挥作用是北斗建设者的共同期盼。“我们本着自主创新、追求卓越的新时代北斗精神,凝聚力量,开始了新型导航技术和北斗后续发展的研究工作。”

“悟空”5岁了!再次“延寿”遨游太空

就在刚刚过去的12月17日,暗物质粒子探测卫星“悟空”号度过了它五周岁的生日。当天,中科院紫金山天文台“悟空”科研团队宣布,卫星运行情况良好,再次延期“服役”1年。“悟空”将继续在太空中累积科学数据,在探索暗物质的征途上,给我们带来更多惊喜。

“悟空”号是我国首颗天文卫星。截至17日,它已在轨运行1827天,绕地球飞行27822圈,完成全天区扫描10遍,探测宇宙射线粒子93.6亿个。凭借卓越的性能指标,“悟空”号已一举跻身暗物质空间探测的国际最前列。

暗物质卫星项目组成员、中科院紫金山天文台研究员袁强告诉记者,“悟空”号主要是通过观测高能宇宙射线和伽马射线,间接探测暗物质粒子并进行天体物理研究。宇宙射线成分多种多样,“悟空”号可以准确测量各种成分的粒子能量分布,从而可以研究它们的起源和加速机制等基本物理问题。

2017年和2019年,“悟空”号团队先后两次发布重要科学成果,分别发表了电子和质子能谱,发现能谱上存在新的结构,为理解相关物理问题提供了重要数据,在国际科学界引起高度关注。

“今年,团队在做好卫星的常规运控、数据传输、仪器刻度等基本工作的基础上,开展科学分析,在氦核能谱测量的分析工作中发现了新的结构,和之前揭示的质子能谱结构一致。”袁强说。

“悟空”号原定工作期限3年,此次已是它第二次“延寿”。未来一年,团队还将进行哪些方面的科学探索?袁强表示,“悟空”号卫星有三大科学目标:暗物质粒子间接探测、宇宙射线起源和传播、伽马射线天文现象。团队未来的分析工作主要包括对电子能谱以高统计量测量至更高能段、测量多种宇宙射线核素的能谱和方向分布、观测伽马射线源和弥散辐射等。

通过“悟空”号以及更早期的载人航天、探月等空间项目,紫金山天文台已培养出一支空间天文的中坚力量,团队成员包含探测器研发、数据分析和理论模型等各方面的人才,曾多次获得国家和江苏省的各种表彰。

记者了解到,目前“悟空”号团队正在进行下一代卫星项目“甚大面积伽马射线空间望远镜(VLAST)”的关键技术研发。VLAST将侧重对伽马射线进行高灵敏度观测,其综合性能比目前在轨运行的美国费米卫星提升约10倍,伽马射线探测能力比“悟空”号提升近50倍,有望在暗物质粒子探测和伽马射线时域天文研究方面起到国际引领的作用。

“光谱之王”:捕获来自宇宙的信息

每个晴朗的夜晚,中国科学院国家天文台兴隆观测站内,LAMOST望远镜都会从燕山深处睁开观天巨眼,扫描浩瀚星空。

作为世界上目前口径最大的大视场望远镜和光谱获取率最高的望远镜,LAMOST又被称为“光谱之王”。它由我国科学家自主创新完成,它的研制将我国多项技术推至国际前沿,其中的核心创新和关键技术——主动光学技术,正是来自中国科学院南京天文光学技术研究所。今年3月,该成果获得2019年度江苏省科学技术一等奖;1月,由南京天光所申报的“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”(LAMOST)工程研究集体荣获2019年度中国科学院杰出科技成就奖。

南京天光所承担了LAMOST整架望远镜和16台光谱仪的研制。由苏定强院士和崔向群院士领导的团队,首创并实现了主动光学控制镜面曲面形状实时连续变化的光学系统,这是一种常规光学无法实现的光学系统,突破了国际上长期以来望远镜大口径与大视场难以兼得的瓶颈。

主动光学技术神奇在哪里?崔向群院士告诉记者,LAMOST在一个光学系统中同时应用了两块大口径拼接镜面(一块是由24块1.1米六角形主动变形子镜拼接而成,另一块则是由37块1.1米六角形子镜拼接而成),实现了在一块大镜面上既变形又拼接的主动光学技术,这些都是世界首创。

在这一技术与LAMOST的另一关键技术——中科大研发的4000根光纤并行可控的快速定位技术的支撑下,LAMOST开创了大规模光谱巡天的先河。

“天体的光谱就像识别天体身份的基因,包含着极其丰富的物理信息。这些光谱信息极有可能成为解开神秘银河系乃至整个宇宙形成和演化规律的‘密钥’。”崔向群告诉记者,在LAMOST建成之前,人类观测到的天体数目虽然已达到了上百亿,但进行过光谱观测的天体仅占总数的万分之一。

如今,LAMOST已实现了天区覆盖、巡天体积、采样密度及统计完备性等方面的重大突破,填补了我国大型天文基础数据的空白,为国际天文学开展银河系研究提供了极好的、具有传承价值的样本。

1448万条,这是今年3月中国科学院国家天文台公布的LAMOST巡天光谱总数。而自巡天以来,国内外天文学家已利用LAMOST数据发表高质量科研成果约700篇,引用7000余次,在银河系的形成和演化、恒星物理的探究、特殊天体的搜寻及河外星系的研究等方面均取得了突破性进展。

LAMOST望远镜验收十年来,南京天光所承担了LAMOST的“守护”工作。“望远镜的故障率越低,有效观测时间就越长,因此其运维工作十分重要。” 国家天文台LAMOST运行和发展中心副主任王丹告诉记者,今年的疫情对观测期内LAMOST的正常运行是一大考验,“虽然困难重重,但是LAMOST运行和维护工作井然有序,更可喜的是该观测季故障率减少到0.71%,创历史新低,在此过程中南京天光所运维团队功不可没。”

本报记者 杨频萍 蔡姝雯

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