“太极一号”研制真的“太急”年轻团队一年时间让“不可能”成为

“太极一号”研制真的“太急”年轻团队一年时间让“不可能”成为
2019-10-27 18:41:00

说明:研究团队工作中受访者的供应图(如下所示)

2019年8月31日,中国科学院空间科学(二期)战略试点科技项目第一颗星在酒泉卫星发射中心成功发射。在太空旅行20天后,中国第一颗用于空间引力波探测技术的实验卫星被命名为“太极1号”。其“体检报告”还显示,卫星处于正常状态,测试结果正常,在轨测试任务第一阶段顺利完成。

中国科学院微型卫星创新研究所(Micro Satellite Innovation Research Institute),这支此前已经完成“悟空”、“墨子”等著名卫星研发的团队,再次克服困难,仅用一年时间就完成了“太极1号”的研发。国庆节前,年轻人聚集在一起唱“我和我的祖国”。他们充满激情的歌唱充满了他们最初的“承载国家意志,铸造时代新星”的心——这十个字不仅刻在研究所的墙上,而且深深地印在他们的心中。

开辟探索宇宙的新途径

引力波也不例外,近年来物理学的“净红色”。由这种物质和能量的剧烈运动和变化产生的物质波提供了一个不同于电磁波的全新宇宙观察窗口,是人类探索和理解宇宙的新途径和新手段。

一个多世纪前,爱因斯坦基于广义相对论预测了引力波的存在。但是直到2015年,由两个黑洞合并产生的引力波才首次在地面上被观测到。“不同频率的引力波反映了宇宙的不同时期和不同的天体物理过程。与地面探测不同,中低频引力波信号可以在太空中探测到,可以找到天体更大、距离更远的引力波源,可以揭示更丰富的天体物理过程。”卫星系统总指挥研究员于金培介绍。

视野很好,但不容易做到。引力波信号极其微弱,实现空间引力波探测是一项巨大的挑战,需要突破目前人类精密测控技术的限制。

卫星创新研究所的领导高度重视“太极一号”卫星的开发。去年8月,成立了一个平均年龄不到31岁的“明星铸造罢工小组”,由两名经验丰富的研究人员领导,卫星系统总指挥于金培和总设计师王华·李。“太极一号”的发展主要始于“80后”。卫星系统副首席设计师蔡志明告诉记者,“人们真的很专注于该项目的开发,几乎一年到头都把所有可用的时间花在卫星开发上。”。“我们的团队经常在家人睡着后下班,然后在家人醒来前再出去。”总设计师石星健在女儿3个月大的时候接受了这项任务。他只有每天回家时才能看到她熟睡的脸。直到发射成功,他才回到家人身边。由于日程紧张,史行健不得不在整个星球的主要节点前拼命准备文件和资料。最紧张的时候是他三天内睡了8个小时。

测量蚂蚁推动卫星的加速度。

空间引力波探测涉及的核心技术包括高精度超稳定激光干涉仪、重力参考传感器、超稳定超静态无拖曳控制、微牛推进器等。“太极一号”正是针对这一重大科技前沿目标,这些核心技术的可行性和实现途径已通过在轨实验得到验证。

“卫星将在空间中受到非常小的非保守力,例如太阳对卫星的光压力和稀薄的大气阻力。这些力量需要我们能够测量并找到实现无阻力的方法。”卫星系统首席设计师研究员王华·李说。例如,重力参考传感器的测量精度为地球重力加速度的1/100亿,相当于蚂蚁推动“太极1号”卫星产生的加速度。

如果我们想用三个字来概括“太极一号”的技术特征,也许没有比“安静、精致、稳定”更好的了。在轨验证数据表明,高精度空间激光干涉仪的位移测量精度达到100皮米量级,约为一个原子直径。然而,微推进器的推力分辨率达到亚微米牛级,相当于芝麻重量的1/10000。

"在轨测量结果表明,卫星的质量重心和重力参考传感器的质量重心之间的偏差不超过1毫米!"王华·李非常自豪。微型卫星不仅仅如此。它们的目标是质心、压力中心和重心的“三合一”。

年轻人带头

许多人不可能在一年内完成卫星的开发。总司令余金培透露了两个秘密:“首先,我们尽最大努力利用现有的成熟技术来减少以前的验证过程——一些传统过程需要通过实验来验证,并通过数字仿真来完成。其次,我们在团队建设中没有坚持一种模式。年轻人已经成为确保球队战斗力的核心骨干。”

照片:微重力小组照片

作为总设计师,史行健总能填补团队的空缺。有效载荷光电热接口很复杂,他熟悉所有状态。很难解开负载数据,他编写的数据处理软件解决了这个紧迫的问题。科学团队急需数据分析。他很快完成了科学数据分析程序,并获得了对分析有物理意义的数据。

无阻力控制是实现空间引力波探测的关键技术之一,也是进入空间引力波探测“殿堂”的最后一道大门。如何实现我国首个在轨无拖曳控制技术实验,一度让无拖曳姿态控制子系统的总设计师胡志强感到困惑。在国内没有研发先例的情况下,胡志强与郭登帅、李昭等年轻医生一起,广泛参考国外文献,专注于无塔控制算法的研究,并不断进行仿真验证。基于各种先进的微推技术,他最终给出了一个完美的答案。

研究小组唯一的“女英雄”刘宏担任热控子系统的首席设计师。因为传统热管的液体流动会产生噪音,所以必须找到另一种方法。她虚心请教资深专家,不断完善优化方案,最终通过地面实验模拟验证和模拟计算评审,最终确定了精细控制方案,实现了中国首个毫米波空间温度控制,为后续引力波探测和温度控制技术奠定了基础。

实现弯道超车的“三步走”

从零到一,微型卫星创新研究所在一年内完成了突破。然而,我们都知道要实现空间引力波探测还有很长的路要走。

俞金培表示,中国科学院已经证明了从2008年开始在中国进行空间引力波探测的可行性。经过多年的科学前沿研究,提出了中国空间引力波探测的“太极计划”,确定了“单星、双星、三星”和“三步走”的发展战略和路线图。根据“太极计划”,中国将在2023年后推出“太极2号”双星,搭载并验证大部分高指标关键技术。“太极3号”三星将于2033年左右发射,探测0.1m~1hz波段的引力波。

无论是在运动场还是在科研高峰期,弯道超车都意味着每天的训练。中国科学家和卫星研究团队有信心走向空间引力波探测领域的国际前沿。

新民晚报记者高杨

江苏快三