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來源: 發布時間:2022-7-14 1:37:14
提升空間科學國際競爭力:
空間科學先導專項取得系列科學成果

   中國科學院空間科學先導專項是我國迄今為止最大規模的科學衛星計劃,也是我國首次以重大基礎科學發現為主要目標的衛星計劃。

   空間科學(一期)先導專項于2011年啟動,包含4顆科學衛星,分別為“悟空”號暗物質粒子探測衛星、“實踐十號”返回式科學實驗衛星、“墨子號”量子科學實驗衛星以及“慧眼”硬X射線調制望遠鏡衛星。

   空間科學(二期)先導專項于2018年5月底正式立項啟動,在“太極一號”和“懷柔一號”衛星的基礎上,還部署了先進天基太陽天文臺、愛因斯坦探針和太陽風—磁層相互作用全景成像衛星等空間科學衛星計劃。

   自啟動以來,空間科學先導專項在最具優勢和最具重大科學發現潛力的科學熱點領域,實現了科學上的重大創新突破,推動了空間科學、空間技術和空間應用的全面發展。

   “悟空”號于2015年12月17日成功飛天,是世界上迄今為止觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的空間宇宙線探測器,也是我國第一顆空間天文衛星。它平均每秒能“捕捉”60個高能粒子,可以對GeV到數十TeV量級之間的電子、伽馬射線等宇宙線粒子進行測量。

   飛行6年多,“悟空”號已經完成全天區掃描超過11次,獲取了百億個高能宇宙射線事件。2021年5月,“悟空”號團隊繪出迄今最精確的高能氦核宇宙線能譜,并觀測到能譜新結構。這是“悟空”號繼精確測量電子能譜、繪制高能質子宇宙線能譜后,第三次發布重要科學結果,標志著我國空間高能粒子探測已躋身世界最前列。

   “實踐十號”是我國科學衛星系列中唯一的返回式衛星,是開展微重力科學和空間生命科學研究的高效、短期、綜合空間實驗平臺,搭載的科學實驗項目共包含六大領域。

   “實踐十號”開展的28項微重力和生命科學實驗中,在國際上首次開展的研究有15項;首次實現了在微重力條件下2-細胞胚胎至囊胚的發育,揭示了影響太空哺乳動物早期胚胎發育的關鍵因素。研究人員還通過在微重力環境下開展顆粒流體實驗,獲取了顆粒分聚現象的微觀結構和動力學關聯,對需要混合或分離的工業過程具有借鑒意義。

   “墨子號”是全球首顆量子科學實驗衛星,其僅用一年時間就提前并圓滿實現全部三大既定科學目標——千公里級量子密鑰分發、千公里級星地雙向量子糾纏分發以及千公里級地星量子隱形傳態。

   目前,“墨子號”已經完成的拓展實驗包括在北京和維也納之間,首次實現了相隔7600公里的洲際量子通信實驗;對嘗試融合量子力學與廣義相對論的理論,首次利用量子衛星在地球引力場中進行了實驗檢驗;實現衛星和地面之間安全且高精度的時頻傳遞;實現基于糾纏的量子密鑰分發,將無中繼量子保密通信的安全距離從之前的百公里級提升到千公里級,而且特別重要的是,通過物理原理確保了通信即便在衛星被他方控制的極端情況下仍然安全;在量子保密通信京滬干線與“墨子號”衛星成功對接的基礎上,構建了天地一體化廣域量子保密通信網絡的雛形;2022年6月,“墨子號”首次實現了地球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態遠程傳輸。

   “慧眼”是我國首顆X射線空間天文衛星,其既可以實現寬波段、大視場X射線巡天,又能夠研究黑洞、中子星等高能天體的短時標光變和寬波段能譜,同時也是具有高靈敏度的伽馬射線暴全天監視儀。

   5年來,“慧眼”首次清晰觀測到了黑洞雙星爆發過程的全景,揭示了黑洞雙星爆發標準圖像的產生機制;完整探測到了第24太陽活動周最大耀斑的高能輻射過程,獲得了耀斑過程中非熱電子的譜指數演化,為理解太陽高能輻射隨時間演化提供了新的觀測結果。

   “太極一號”是我國首顆空間引力波探測技術實驗衛星,也是空間科學(二期)先導專項首發星。“太極一號”團隊在國際上首次提出了利用“太極-LISA”進行聯網觀測的建議,有望將哈勃常數的準確度提高到千分之五,可對引力波波源的位置進行更快更準的定位,提升精度達四個量級。“太極一號”目前已圓滿完成全部預設實驗任務,實現了我國迄今為止最高精度的空間激光干涉測量,完成了國際首次微牛量級射頻離子和霍爾兩種類型電微推技術的全部性能驗證,并率先實現了我國兩種無拖曳控制技術的突破。

   “懷柔一號”是空間科學(二期)先導專項部署發射的首個機遇型空間科學和基礎研究項目,自2020年12月發射運行以來,已探測到一批伽馬暴、磁星爆發、X射線暴等高能天體爆發現象。

   2021年6月,“懷柔一號”衛星科學應用中心開始向國內外合作團隊發布準實時的觀測警報。2021年10月底,雨燕衛星GUANO系統開始利用“懷柔一號”的觸發警報搜索未觸發的伽馬暴。該成果驗證了“懷柔一號”在伽馬射線爆發天體監測、準實時觀測預警以及引導其他望遠鏡后隨觀測等方面的優異性能,并為后續開展引力波電磁對應體、快速射電暴高能輻射、伽馬暴和磁星爆發的監測和多波段多信使聯合觀測奠定了良好基礎!

 

 

《科學新聞》 (科學新聞2022年6月刊 封面)
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