张臣：给“天关”卫星装上“龙虾眼”

宇宙中不只有临时存在的星斗，另有各种从天而降的暴发景象。这些暴发被称为暂现源，也被抽象地称作“宇宙焰火”。它们产生于天体演变的要害阶段，携带着宇宙、星系跟恒星研讨的要害信息。中国迷信院主导研制的“天关”卫星，即可能捕获这些转眼即逝的“宇宙焰火”。2月19日，一项新结果作为欧洲航天局首篇基于“天关”卫星数据主导的论文，在《天体物理杂志快报》上正式宣布。自2024年1月9日发射以来，“天关”卫星已捕获到多例可能的新范例暂现源。“天关”卫星出色的“宇宙焰火”捕获才能，得益于其中心载荷——宽视场X射线千里镜。它也被称为“龙虾眼”千里镜。“天关”卫星首席迷信家助理、中国迷信院国度地理台研讨员张臣是“龙虾眼”千里镜光学体系担任人。他骄傲地表现，迄今为止，国际上还不能与我国“龙虾眼”千里镜相媲美的同范例载荷乃至样机。?“科班出身”开端研讨生物学家很早就发明龙虾眼睛构造特别，其由很多方孔形的微型管道形成。这些管道壁润滑且指向统一球心，使得来自差别偏向的光芒在小方孔内反射并会聚到龙虾的视网膜上。1979年，美国迷信家从中取得灵感，提出模仿龙虾眼制作千里镜，让X射线经由过程反射聚焦成像。但是，因为技巧难度极高，这一假想在提出后很长时光都未能实现。2000年以来，时域地理学逐步成为国际地理学界的前沿范畴，而采取“龙虾眼”构造计划的X射线千里镜被视为推进这一范畴的进步东西。谈到怎样步入“龙虾眼”千里镜的研讨，张臣笑称本人是“科班出身”。“上本科时，我进修的是核技巧，而到了研讨生阶段，我开端从事探测器的研讨，有幸追随张双南教师停止高能地理装备研制的相干任务。事先张双南教师以为，我国须要一个兼具超年夜视线跟高敏锐度的‘龙虾眼’千里镜，这将极年夜增进我国在时域地理学范畴的开展。”张臣说，“在教师的倡议下，2009年，我抱着试一试的心态去做这个课题，‘科班出身’开端研讨。”张臣有在校时期在试验室着手操纵的教训，领有数据剖析等方面的基本，这使他可能疾速投入“龙虾眼”千里镜的研制任务。但是，要研制“龙虾眼”千里镜并非易事。在研讨之初，海内缺少实际教训可供参考。“浏览论文是一回事，现实操纵起来完整是另一回事。特殊是技巧类文献，它们每每不会具体描写详细的技巧细节，操纵进程中充斥了‘坑’，须要本人亲身去跳，而后总结教训，再去实验。”张臣说。2010年，张臣进入中国迷信院国度地理台，之后前去英国停止了为期两个月的千里镜制作体系实践进修。返国后，他逐渐开展了“龙虾眼”千里镜的研制任务。但很快，张臣便发明外洋已有的技巧道路存在缺点。于是，他跟研发团队踏上了摸索自立研发“龙虾眼”千里镜技巧之路。一年实现从出产到测试千里镜研发的出发点是顶层计划。张臣先容，在顶层计划阶段，他跟团队严厉把控，为后续任务打下坚固的基石。但是，顶层计划仅仅是破解困难的第一步，落实才是要害。在张臣看来，全部研讨名目最为艰难的义务，是要在短短一年内实现“龙虾眼”千里镜12个镜头从出产、组装到测试的全体任务，时光紧急、义务艰难。镜片是千里镜的中心组件，其制作至关主要。在镜片制作方面，张臣团队与南方夜视技巧股份无限公司开展了深刻配合。两边联袂霸占了成像光斑不圆等一系列技巧困难。组装镜头又是一年夜挑衅。“‘龙虾眼’千里镜的镜片极为柔嫩，微微一拿就会变形。但是，镜头拆卸的精度请求极高，在垂直偏向上，镜片间的偏差必需把持在一微米以内。别的，还需充足斟酌火箭发射时激烈震撼对镜片牢固性的影响。”张臣说。事先，“天关”卫星首席迷信家袁为平易近对“龙虾眼”的研发深表担心。他以为，以事先的技巧程度，要确保仪器机能到达国际顶尖程度，并精准满意迷信需要，并不轻易。对张臣而言，研发“龙虾眼”也无疑是一项艰难的挑衅。研制义务时光紧、义务重，张臣不太多试错机遇。“为了减速研发过程，我会只管在初期就构想出种种可能的门路跟方式，而后在实际中实验差别组合，以期尽快找到最优计划。”张臣说。以镜头组装为例，镜片变形是一个要害成绩，而变形每每源于胶接进程中胶水的压缩。因为镜头被计划成4个局部，在探索镜片装置工艺进程中，张臣奇妙地对每个局部采取差别的胶接战略以进步工艺验证效力。张臣跟团队还搭建了一整套“龙虾眼”光学体系的主动化妆调装备。该装备采取特别计划的夹具跟精细的机器手停止拆卸，并应用应力较小的胶水对镜片停止牢固。在胶水凝结进程中，团队采用了维护办法，确保镜片牢固且稳定形。同时，每个镜片的地位跟指向都可停止精致调理，以保障全部光学组件的分歧性。张臣先容，无论是镜片出产工艺、镜头计划加工仍是拆卸流程，团队都采取了与外洋差别的翻新门路，并获得了明显结果。寻求精度效益无尽头“天关”卫星形状如同一朵绽开的“花朵”，其搭载的12个“龙虾眼”千里镜好像12片“花瓣”。在宇宙中，这朵“花朵”悄悄地等待着于沉静暗中中偶然绽开的“宇宙焰火”。张臣先容，惯例的X射线聚焦千里镜的视场大略是地球上看到的玉轮那么年夜，而“龙虾眼”千里镜的视场可到达约1.5万个玉轮那么年夜，相称于全天面积的1/12。这象征着“龙虾眼”千里镜在国际上初次同时实现年夜视场全天监测跟X射线聚焦成像，可高效监测天体的X射线变更。“龙虾眼”千里镜曾经是天下上开始进的千里镜之一。但是，在回想计划、研发、发射等全进程后，张臣以为“龙虾眼”千里镜在诸多方面能够做得更好，包含镜片光学品质、镜头的拆卸程度，以及团体装备的软硬件计划等。比方，在光学方面，张臣以为缩小光斑尺寸，可进一步进步千里镜的敏锐度。同时，定位精度也存在优化空间。“若能将定位精度晋升至多少十个角秒，乃至20个角秒以内，将极年夜晋升地理观察效力。”张臣说，在天体麋集地区，高精度定位能让迷信家在繁星中敏捷锁定观察目的。张臣表现，“天关”名目曾经取得国际地理界高度评估。他盼望“天关”名目在将来两年内可能获得更多严重迷信结果。“迷信界有这么一句话，‘多说有益，给我数据’。对迷信设备跟仪器研发职员而言，不克不及言而不行，要拿出试验数听说话，好的观察成果才是设备仪器研发职员的奖牌。”他说。