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创多个“首次”,中科院集中发布空间科学先导专项一批重要成果

来源:
中国科学报
2021/07/23 12:47

7月20日,中科院空间科学战略性先导科技专项(以下简称空间科学先导专项)部署的3颗卫星的最新重大科学成果,由中科院国家空间科学中心集中发布。此次发布的成果来自我国首颗空间引力波探测技术实验卫星“太极一号”、首颗微重力科学实验卫星“实践十号”和首颗大型硬X射线天文卫星“慧眼”。

 

空间科学先导专项二期负责人、中科院国家空间科学中心主任王赤介绍,“实践十号”和“慧眼”是空间科学先导专项一期研制发射的科学卫星,“太极一号”是空间科学先导专项二期研制发射的卫星。他表示,空间科学先导专项二期自2018年5月底启动以来,已发射了“太极一号”和“怀柔一号”卫星,预计在未来两到三年内,先进天基太阳天文台、爱因斯坦探针、太阳风—磁层相互作用全景成像卫星等空间科学卫星也将陆续发射,有望在太阳爆发活动、时域天文学和日地关系等方面取得重大突破。

 

 

“太极一号”:完成全部预设实验

 

“‘太极一号’已圆满完成全部预设实验任务。”“太极一号”首席科学家、中国科学院大学学术副校长吴岳良院士介绍,“太极一号”实现了我国迄今为止最高精度的空间激光干涉测量,完成了国际首次微牛量级射频离子和霍尔两种类型电微推技术的全部性能验证,并率先实现了我国两种无拖曳控制技术的突破,达到我国最高水平。

 

“太极一号”是空间科学先导专项二期的首发星,于2019年8月31日在酒泉卫星发射中心成功发射,2020年1月在轨交付。

 

近日,《通讯—物理》发表了“太极一号”第一阶段的在轨测试汇总结果。在轨测试和数据分析结果表明,“太极一号”实现了我国最高精度的空间激光干涉测量;引力参考传感器传感精度与量程比达到国内同等最好水平;在国际上首次实现了微牛级射频离子和双模霍尔电推进技术的在轨验证;在国内首次开展卫星无拖曳控制在轨实验。

“上述指标的实现,验证了空间引力波探测核心技术的可行性,迈出了我国空间引力波探测的第一步,为我国在空间引力波探测领域率先取得突破奠定了基础。”吴岳良说。

 

“太极一号”科研人员还在国际上首次提出利用“太极—LISA”进行联网观测的建议,有望将哈勃常数的准确度提高到千分之五。联网观测可对引力波波源的位置进行更快更准的定位,并有望提升精度达4个量级。该研究成果发表在《自然—天文》上。

 

关于未来,吴岳良表示,“太极一号”还将进一步开展探索载荷在轨性能极限、长寿命、优化无拖曳控制策略等扩展实验。

 

“实践十号”:实验任务完成后产出不断

 

“‘实践十号’的19项有效载荷圆满完成了28项科学实验任务。”“实践十号”科学应用系统总师、中科院力学研究所研究员康琦说。


“实践十号”是我国科学卫星系列中唯一的返回式卫星,是开展微重力科学和空间生命科学研究的高效、短期、综合空间实验平台,搭载的科学实验项目共包含六大领域。康琦介绍,在“实践十号”开展的28项微重力和生命科学实验中,国际上首次开展的研究有15项。

 

以“实践十号”为平台,研究人员首次实现了在微重力条件下2—细胞胚胎至囊胚的发育,揭示了影响太空哺乳动物早期胚胎发育的关键因素。相关成果以封面文章的形式发表在《国家科学评论》上。美国斯坦福大学教授薛人望评论称,“这项工作对人类太空探索具有里程碑意义,小鼠胚胎发育一小步,人类生殖一大步”。以色列特拉维夫大学教授David Elad认为,“这项成就代表了辅助生殖技术的飞跃和科学的卓越进步”。

 

研究人员还通过在微重力环境下开展颗粒流体实验,获取了颗粒分聚现象的微观结构和动力学关联,对于需要混合或分离的工业过程具有重要借鉴意义。相关成果发表在《科学进展》上。评审人评价称“这是一篇在众多颗粒分聚论文中令人耳目一新的优秀工作”,“是一项令人印象深刻的实验研究,是我迄今为止看到的这方面最清晰和最有说服力的论文”。

 

“慧眼”:成果来自整个天文界

 

“‘慧眼’产出的成果来自整个天文界。”“慧眼”首席科学家、中科院高能物理研究所研究员张双南说。

 

此次,“慧眼”带来了两个重要成果,一个与黑洞研究相关,另一个与太阳耀斑研究相关。

 

2019年,“慧眼”对黑洞X射线双星MAXI J1348-630的爆发进行了宽波段高频次监测,首次清晰观测到了黑洞双星爆发过程的全景,揭示了黑洞双星爆发标准图像的产生机制。成果已发表于《天体物理学快报》。

 

在“慧眼”发射升空后不久,就遇到了第24太阳活动周最大耀斑,“慧眼”完整探测到了此次耀斑的高能辐射过程,获得了耀斑过程中非热电子的谱指数演化。该成果表明,“慧眼”的科学研究能力和目标已经得到了显著的扩展,能够观测研究黑洞、中子星、地球伽马射线闪、宇宙伽马射线暴、引力波暴高能电磁对应体和快速射电暴,并对太阳的高能爆发开展高质量观测研究,为理解太阳高能辐射随时间演化提供了新的观测结果。该科研成果已被《天体物理学》接收,近期将正式公开发表。

 

“这两个成果都来自‘慧眼’的用户单位。”张双南说,这两个单位分别是南京师范大学和武汉大学。


张双南介绍,目前“慧眼”已经完成了三轮长期观测计划,完成了1000多次观测,包括30多次机遇观测以及与国内外空间、地面光学及射电望远镜联合开展的200余次协同观测。同时,使用“慧眼”观测数据或结果发表的论文数量和引用数量都在不断增加。

“卫星的设计寿命是4年,目前状态良好,预期可运行约10年。”张双南说,4月22日,“慧眼”通过了“拓展观测”论证,将延寿运行2年;与此同时,“慧眼”的继承者——增强型X射线时变与偏振空间天文台(eXTP)旗舰级空间天文台计划正在开展空间科学背景型号阶段研究,将有望成为中国领导的旗舰级空间X射线天文台,为探索极端宇宙作出重大贡献。

 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s42005-021-00529-z

https://doi.org/10.1142/S0217751X21020024

https://doi.org/10.1126/sciadv.abe8737

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa062

https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac0a7b

https://arxiv.org/abs/2106.09506

 

 

文字丨《中国科学报》 (2021-07-21 第1版 要闻)

记者:倪思洁

图片丨中国青年报

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