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5月14日,經過十年研制,宇宙X射線偏振探測(CXPD)03、04系列立方星,搭乘之江實驗室“三體計算星座”首發星座在酒泉衛星發射中心成功發射。值得一提的是,發射的立方星長寬高僅10厘米,由廣西大學主導研制,也是廣西首個高校領銜研究的空間探測項目。此次成功發射,意味著我國在宇宙X射線偏振探測技術領域迎來重大自主突破,研究團隊突破多項關鍵技術,實現從核心器件到星載智能系統的全鏈條自主研制。
5月21日,研究團隊成員回到廣西大學后,向南國早報記者講述了研制立方星背后的故事。
1 立方星成功發射,創下兩個紀錄
“我們的立方星長寬高僅10厘米,雖然小,但功能強大。”5月21日,廣西大學物理科學與工程技術學院教師、研制此次系列立方星的團隊負責人封煥波說,它們在衛星上擁有自己的專屬“工位”,外出宇宙“打工”一至兩年后會在掉落大氣層的過程中化為灰燼。但它們所收集的數據和成果,將有助于人類揭示黑洞、中子星等極端天體的奧秘。
據他介紹,立方星通常應用于通信、氣象研究、科研教育等領域。此次發射的立方星,主要用于探測X射線偏振的信息,這是高能天體物理觀測研究中的一個重要維度。通過捕捉這些微妙的偏振信號,團隊可以更深入地了解宇宙中的極端天體。
在每年全球發射的衛星中,有10%~20%都是立方星。立方星體積小、重量輕,把它發射上天通常需要搭乘大型衛星的火箭“順風車”,在偌大的衛星上有專屬“工位”后即可開始工作。比起幾噸重的大衛星,立方星顯著降低了衛星的發射成本。
此次立方星發射備受關注,也創下兩個新紀錄:這是廣西首個高校領銜研究的空間探測項目;發射的衛星搭載了全球首個X射線偏振探測技術星載AI系統,能夠在飛行過程中助力立方星快速捕捉伽馬射線暴這類轉瞬即逝的宇宙閃光。
在2023年6月,由廣西大學主導研制的初代立方星CXPD01已成功搭乘“力箭一號遙二”運載火箭在酒泉衛星發射中心成功發射。CXPD01作為“探路者”,其主要任務是驗證立方星在太空中作業的可行性,而今年發射的CXPD02、03、04立方星則真正開始探測X射線偏振的信息(其中,02號于5月17日發射)。
2 苦心研制十年,教室變夢工廠
記者走訪了解到,為了造出這一系列立方星,實現心中的夢想,該團隊苦心研制了十年時間。
“那時候,我們兩個人,一個老師,一個學生,就在這間教室里開始了我們的科研之路。”封煥波說,因為熱愛探索未知的宇宙,十年前,他和導師劉宏邦決定投身于宇宙X射線偏振探測這一前沿領域。
兩人不懼白手起家,說干就干,分工打掃教室、布置實驗器材……一步一個腳印地搭建起屬于自己的科研平臺,逐漸讓曾經空蕩蕩的教室煥發了生機,變成了功能齊全的標準化實驗室。
此外,研制團隊也在不斷壯大。發展至今,擁有近30名成員,包括7位教師和20余名研究生,平均年齡在30歲左右。
為了攻克遇到的科研難題,廣西大學與華中師范大學、中國科學院高能物理研究所、中國科學院大學等院所組建了CXPD合作組,充分整合不同院所的學科優勢和教學資源。
3 關鍵參數出偏差,幸是虛驚一場
在立方星交付前的關鍵階段,研制團隊遭遇了一場驚心動魄的風波。
當團隊成員對立方星進行最后的調試時,突然發現高壓值異常升高,遠超預設的安全范圍。這一突發狀況立即引起了團隊的高度警覺,因為高壓異常將可能導致探測器損壞,甚至使整個任務功虧一簣。
“當時心里咯噔一下,感覺自己的職業生涯就要到此為止了。”研制團隊成員謝立榮回憶道。
謝立榮說,遇到該突發情況,團隊開會探討,沉著冷靜應對,分工合作找問題。經過一番緊張有序的排查,團隊發現高壓異常并非由于探測器本身的問題,而是在首次與平臺對接時,一個關鍵參數的計算出現了偏差,導致了高壓值的異常,“排查異常之后我的心才放下來,感覺像坐過山車一樣”。
4 多所院校合作,突破技術難關
據研制團隊人員介紹,這次高壓異常只是團隊十年研制歷程中眾多挑戰的一個縮影。回望過去,團隊在芯片研制過程中遭遇了重重困難。
首先,技術挑戰與資源限制就像兩座大山橫亙在團隊面前。為了滿足火箭發射裝載要求,芯片尺寸很小,但功耗卻必須控制在1瓦以內,這遠低于同類芯片通常的4到5瓦甚至10瓦的功耗。同時,芯片還需要具備抗輻射和低噪聲性能,以滿足太空環境的嚴苛要求。在設計過程中,團隊需要權衡多個相互牽制的指標,如功耗、性能、面積等,這無疑增加了設計的復雜性。
在遇到困難時,團隊積極主動向其他院所尋求幫助,通過合作攻關技術難題。
封煥波說:“在芯片設計過程中,我們基于國內一款自主研發的芯片進行了升級。同時,我們與包括中國科學院大學在內的多所院所開展聯合培養計劃,互派學生交流學習,借助不同院所的學科優勢和教學資源,共同攻克科研難題,推動項目進展。”