不久前，“天關(guān)”衛(wèi)星在軌交付。自今年1月9日成功發(fā)射以來(lái)，該衛(wèi)星以其卓越的X射線探測(cè)能力，取得多項(xiàng)科學(xué)成果，標(biāo)志著X射線時(shí)域天文領(lǐng)域進(jìn)入新的時(shí)代。

　　“天關(guān)”衛(wèi)星是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)（二期）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)立項(xiàng)并實(shí)施的空間科學(xué)衛(wèi)星系列任務(wù)之一，研制過(guò)程充滿挑戰(zhàn)與艱辛。從最初的構(gòu)想開(kāi)始，團(tuán)隊(duì)通過(guò)不懈努力，不畏艱難、勇于創(chuàng)新、追求卓越，把“不可能”變成“可能”。

　　本報(bào)從今天起刊發(fā)系列報(bào)道，介紹“天關(guān)”衛(wèi)星研制過(guò)程，講述“天關(guān)”背后的科學(xué)故事，大力弘揚(yáng)科學(xué)家精神，激勵(lì)更多科研工作者投身科技創(chuàng)新事業(yè)。

　　近日，“天關(guān)”衛(wèi)星（愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星）驗(yàn)收交付儀式暨首批科學(xué)成果發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，由中國(guó)自主研制設(shè)備觀測(cè)到的首張全天X射線天圖徐徐展開(kāi)，“天關(guān)”衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員袁為民的眼眶濕潤(rùn)了。

　　大約10年前，在“天關(guān)”衛(wèi)星尚未正式立項(xiàng)時(shí)，他曾用同樣澎湃的心情面對(duì)按當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件獲得的衛(wèi)星計(jì)算機(jī)模擬X射線天圖。“當(dāng)時(shí)，我的內(nèi)心涌出強(qiáng)烈的沖動(dòng)，一定要把這顆衛(wèi)星做出來(lái)，去捕捉真實(shí)的暫現(xiàn)天體爆發(fā)瞬間?！痹瑸槊窀嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

　　令袁為民和團(tuán)隊(duì)感到欣慰的是，“天關(guān)”衛(wèi)星2024年1月發(fā)射后的在軌測(cè)試期間，已經(jīng)捕捉到多簇宇宙“焰火”。取得不俗成績(jī)的背后是中國(guó)科學(xué)家遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)以及數(shù)十年如一日的堅(jiān)持。

　　自2012年開(kāi)始醞釀“天關(guān)”衛(wèi)星項(xiàng)目以來(lái)，科學(xué)家一步一個(gè)腳印，穩(wěn)步向前推進(jìn)，完成了科學(xué)目標(biāo)和需求的深化論證和定量模擬、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和原理樣機(jī)研制、有效載荷配置及可行性分析，最終于2017年12月正式立項(xiàng)。

　　在立項(xiàng)前多年的時(shí)光里，中國(guó)科學(xué)家早已以前瞻性的目光，為“天關(guān)”衛(wèi)星書(shū)寫出一部宏偉的“前傳”。

　　這部“前傳”可以追蹤到2009年。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所（以下簡(jiǎn)稱高能所）研究員張雙南前往英國(guó)萊斯特大學(xué)訪問(wèn)，與該校教授喬治弗瑞澤（George Fraser）討論未來(lái)X射線天文方面的合作。

　　“他非常熱情地向我介紹了‘龍蝦眼’望遠(yuǎn)鏡的原理和未來(lái)發(fā)展前景。”張雙南回憶，“為了說(shuō)服我，他讓我在他辦公室動(dòng)手計(jì)算了‘龍蝦眼’望遠(yuǎn)鏡的性能，我的計(jì)算結(jié)果讓我立刻認(rèn)識(shí)到這種新型望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)展前景?！?

　　作為X射線天文學(xué)中最先進(jìn)、難度最大的技術(shù)之一，“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡的概念始于20世紀(jì)70年代。美國(guó)科學(xué)家羅杰安吉爾（Roger Angel）受到龍蝦眼睛特殊結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，設(shè)計(jì)出由許多微小管道組成陣列的類似龍蝦復(fù)眼的結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)能讓X射線發(fā)生多次反射而最終匯聚成像，并且實(shí)現(xiàn)廣闊的視角。當(dāng)時(shí)，世界范圍內(nèi)，這項(xiàng)技術(shù)都還處于實(shí)驗(yàn)室階段，始終沒(méi)有在太空中得到應(yīng)用。

　　結(jié)束訪問(wèn)后不久，張雙南得到中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的支持，在國(guó)家天文臺(tái)創(chuàng)立了X射線成像實(shí)驗(yàn)室并擔(dān)任首席研究員，開(kāi)始組建團(tuán)隊(duì)開(kāi)展龍蝦眼微孔X射線成像技術(shù)的研發(fā)。從此，他一直與“龍蝦眼”相伴相行，衛(wèi)星項(xiàng)目正式立項(xiàng)后，還擔(dān)任著項(xiàng)目顧問(wèn)。

　　不久后，張雙南邀請(qǐng)?jiān)谇迦A大學(xué)結(jié)束博士后工作的張臣和凌志興加入?！捌鸪酰覀冎挥腥齻€(gè)人，條件非常艱苦，擠在一個(gè)狹小的辦公室里?！睆堧p南回憶。

　　在缺乏資金的情況下，他們通過(guò)各種渠道找尋資金，逐步完善實(shí)驗(yàn)裝備，開(kāi)始了初步研究。張臣負(fù)責(zé)龍蝦眼微孔成像技術(shù)的研究，而凌志興主攻與之相匹配的X射線探測(cè)器。這些前期探索為后來(lái)“天關(guān)”衛(wèi)星項(xiàng)目的提出和“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的團(tuán)隊(duì)和技術(shù)。

　　“九游娛樂(lè)會(huì)員有什么福利？”

　　2011年初，中國(guó)載人航天工程面向全國(guó)征集空間站的科學(xué)載荷項(xiàng)目，張雙南提出了“空間站軟X射線全天監(jiān)視器（ASM）”的構(gòu)想。

　　剛剛加入國(guó)家天文臺(tái)的袁為民接到了這個(gè)任務(wù)——負(fù)責(zé)ASM項(xiàng)目的論證。最初，他拿到了一頁(yè)紙，上面有一幅圖。他一眼認(rèn)出這是英國(guó)萊斯特大學(xué)曾經(jīng)參與歐空局的一個(gè)衛(wèi)星建議項(xiàng)目。

　　時(shí)光再倒退10年。2001年，當(dāng)時(shí)正在日本參與研制國(guó)際空間站“X射線全天監(jiān)視器（MAXI）”的袁為民，在與喬治弗瑞澤教授的交流中第一次聽(tīng)說(shuō)了“龍蝦眼”技術(shù)。

　　袁為民很快意識(shí)到，這是探測(cè)當(dāng)時(shí)鮮為人知的“黑洞潮汐瓦解恒星”事件最有效的技術(shù)。兩年后，他應(yīng)邀參加了喬治弗瑞澤教授在英國(guó)萊斯特大學(xué)召開(kāi)的國(guó)際空間站“龍蝦眼監(jiān)視器（Lobster-ISS）”的科學(xué)討論會(huì)，作了關(guān)于“潮汐瓦解恒星”事件探測(cè)可行性的報(bào)告并首次估算了探測(cè)率。他最終將這一建議寫入Lobster-ISS的科學(xué)目標(biāo)。

　　“沒(méi)想到，10年后，我能與‘龍蝦眼’結(jié)緣，有幸在自己的國(guó)家參與這一新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用?！彼硎?，“這要感謝張雙南教授、張臣博士和凌志興博士！”

　　說(shuō)干就干！袁為民和張臣、凌志興分工明確，分別負(fù)責(zé)科學(xué)論證和技術(shù)及設(shè)計(jì)。從2011年初開(kāi)始，他們投入全部時(shí)間和精力，從科學(xué)目標(biāo)論證入手，逐步完成儀器設(shè)計(jì)、性能模擬計(jì)算等。歷時(shí)一年多時(shí)間，2012年，他們提交了一份長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)多字、70多頁(yè)的報(bào)告——“X射線-紫外全天監(jiān)視器”建議書(shū)，袁為民為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

　　當(dāng)然，他們更沒(méi)想到的是，從這份報(bào)告開(kāi)始的又一個(gè)10年里，他們親手打造出帶著“龍蝦眼”的衛(wèi)星。

　　此后，空間站科學(xué)應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)展緩慢。團(tuán)隊(duì)似乎來(lái)到一個(gè)十字路口：是繼續(xù)堅(jiān)持，還是放棄。幾個(gè)人心里很清楚，他們面對(duì)的將是一場(chǎng)“豪賭”。如果輸了，他們會(huì)浪費(fèi)學(xué)術(shù)生命中最寶貴的一段時(shí)間。

　　“對(duì)于一名天文學(xué)家而言，將望遠(yuǎn)鏡送入太空的機(jī)會(huì)可能一生只有一次，如果放棄，我們可能會(huì)永遠(yuǎn)失去這個(gè)機(jī)會(huì)。”袁為民表示，“更重要的是，也將失去中國(guó)在X射線時(shí)域天文學(xué)上領(lǐng)先的機(jī)會(huì)。”他們欣然接受“賭局”，決定咬牙繼續(xù)堅(jiān)持下去，在這一領(lǐng)域深耕細(xì)作，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破。

　　轉(zhuǎn)折點(diǎn)在2012年12月7日到來(lái)。那天，袁為民得知，中國(guó)科學(xué)院正在征集空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)二期中小型衛(wèi)星背景型號(hào)項(xiàng)目。思考了一晚上，第二天，他給張雙南和張臣發(fā)了一封電子郵件，提出研制一顆衛(wèi)星的想法。

　　郵件中寫道：“我們可以在現(xiàn)有為空間站設(shè)計(jì)的監(jiān)視器的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)小視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡，這會(huì)對(duì)暫現(xiàn)源的物理研究帶來(lái)巨大的幫助。當(dāng)然，這樣做會(huì)伴隨一定風(fēng)險(xiǎn)，即使不增加，也會(huì)有開(kāi)創(chuàng)性的成果?！焙芸?，他收到張雙南的回復(fù)：“這是一個(gè)不錯(cuò)的提議?！?

　　很快，袁為民邀請(qǐng)張雙南、美國(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校教授張冰、國(guó)家天文臺(tái)研究員魏建彥和張臣等國(guó)內(nèi)外幾位專家，召開(kāi)了一次討論。頭腦風(fēng)暴之后，他們確定了衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)，包括暫現(xiàn)天體巡天、黑洞吞噬恒星、引力波電磁對(duì)應(yīng)體。當(dāng)時(shí)設(shè)定的這些目標(biāo)一直沿用至今。

　　“科學(xué)目標(biāo)都是愛(ài)因斯坦相對(duì)論的預(yù)言，這顆衛(wèi)星就叫‘愛(ài)因斯坦探針’吧！”張雙南的提議得到了大家的贊成?！疤结槨币辉~源于英文單詞“probe”，在天文學(xué)中通常指的是一種專門用來(lái)探測(cè)特定宇宙天體現(xiàn)象的小型設(shè)備。

　　10多年后的今天，為充分體現(xiàn)中國(guó)在暫現(xiàn)天體觀測(cè)記錄方面的深厚淵源和對(duì)世界天文學(xué)的卓越貢獻(xiàn)，衛(wèi)星定名為“天關(guān)”。

　　2013年1月，在袁為民的帶領(lǐng)下，科研團(tuán)隊(duì)如期提交申請(qǐng)書(shū)。經(jīng)過(guò)幾輪競(jìng)爭(zhēng)性遴選和波折，2013年6月，他們最終以先進(jìn)的科學(xué)目標(biāo)、創(chuàng)新的技術(shù)和扎實(shí)的論證，獲得空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)二期背景型號(hào)的入場(chǎng)券。袁為民擔(dān)任衛(wèi)星的首席科學(xué)家。

　　2014年1月至2016年中，項(xiàng)目處于背景型號(hào)研究階段，開(kāi)展科學(xué)目標(biāo)論證、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和載荷初步設(shè)計(jì)。

　　科學(xué)目標(biāo)的論證至關(guān)重要。“空間衛(wèi)星研發(fā)周期很長(zhǎng)，這決定了我們不僅要證明這顆衛(wèi)星在當(dāng)前是先進(jìn)的，更要確保它在未來(lái)多年內(nèi)仍然領(lǐng)先?！睘榇?，袁為民組建起一支由60多位專家組成的科學(xué)工作組，并邀請(qǐng)了張雙南、時(shí)任南京大學(xué)教授戴子高等幾位知名學(xué)者作為顧問(wèn)。

　　同樣重要的是，設(shè)計(jì)什么樣的載荷儀器才能實(shí)現(xiàn)這些科學(xué)目標(biāo)。這是一個(gè)不斷迭代的過(guò)程，科學(xué)團(tuán)隊(duì)向儀器團(tuán)隊(duì)提出科學(xué)需求，再根據(jù)儀器團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)反饋評(píng)估目標(biāo)是否能被滿足。

　　那么，如何突破核心關(guān)鍵技術(shù)？如何在技術(shù)邊界和經(jīng)費(fèi)限制的約束下，仍然確保科學(xué)研究能夠達(dá)到國(guó)際一流？袁為民、張臣和團(tuán)隊(duì)遇到前所未有的挑戰(zhàn)。

　　2014年5月，袁為民等學(xué)者與“國(guó)際空間科學(xué)研究所-北京分部”聯(lián)合舉辦了”一次國(guó)際論壇。論壇上，“天關(guān)”衛(wèi)星的科學(xué)前景、設(shè)計(jì)和技術(shù)進(jìn)展獲得了該領(lǐng)域國(guó)際上頂尖科學(xué)家的高度認(rèn)可，衛(wèi)星首次被推向國(guó)際舞臺(tái)。

　　接下來(lái)又是1 年半艱難的立項(xiàng)論證階段。在這一關(guān)鍵時(shí)期，項(xiàng)目得到了國(guó)內(nèi)外同行大力支持，特別是時(shí)任中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心主任吳季、中國(guó)科學(xué)院院士陳建生和李惕碚，以及英國(guó)萊斯特大學(xué)教授奧布萊恩（O’Brien）和威林加爾（Willingale）、美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）“雨燕”衛(wèi)星負(fù)責(zé)人尼爾蓋倫斯（Niel Gehrels）博士、日本MAXI設(shè)備負(fù)責(zé)人松岡（Matsuoka）博士、中法衛(wèi)星空間可變物體監(jiān)測(cè)衛(wèi)星（SVOM ）法方負(fù)責(zé)人科爾迪埃（Cordier）博士等。此外，SVOM 衛(wèi)星法方還承諾可以利用其“甚高頻網(wǎng)絡(luò)”（VHF）快速下傳“天關(guān)”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的暫現(xiàn)天體信息。

　　在袁為民看來(lái)，正是這些“前傳”背后的基礎(chǔ)、努力和推動(dòng)，才使得項(xiàng)目能夠在2017年12月正式獲得立項(xiàng)，今天的“天關(guān)”衛(wèi)星才得以在太空翱翔。