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“悟空”暗物质卫星的重大发现,离不开上海的这两项工作
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2017-12-01 16:35
摘要:在暗物质卫星首批成果新闻发布会上,国家空间科学中心主任吴季特别感谢了上海的两项工作。

昨天,“悟空”号暗物质粒子探测卫星,给我们带来了激动人心的发现——暗物质粒子存在的可能的新证据。在新闻发布会上,国家空间科学中心主任吴季特别感谢了上海的两项工作。一是中科院上海硅酸盐所研制的世界上最长的BGO晶体,另一个是中科院微小卫星创新研究院研发的卫星平台。

 

暗物质卫星探测的“视网膜”

 

上海硅酸盐所研制的600毫米长BGO晶体

 

“悟空”号卫星是国际上已知观测能段范围最宽和能量分辨率最优的空间探测器,其有效载荷为1.4吨重,其中最核心的部分就是重达824千克的BGO晶体量能器,它由308根600毫米长的BGO晶体组成。BGO晶体是与可能的暗物质粒子湮灭产物(主要为高能电子和伽马射线)作用的直接媒介。如果把BGO量能器比作卫星探测暗物质的“眼睛”,600毫米长的BGO晶体则是该卫星探测暗物质的“视网膜”。 

 

在初始设计中,卫星研制团队本来打算采用300毫米长的晶体,但要想大幅提高探测效率,600毫米长的晶体是更理想的选择。当时国际上报道的最长BGO晶体仅为400毫米长,离600毫米还有很大差距。许多业内专家甚至认为这是不可能完成的任务。

 

在中科院空间科技先导等项目支持下,从2011年6月起,上海硅酸盐所王绍华研究员带领团队在国际上率先开展600毫米长BGO晶体的制备。在历时两年左右的持续研究与不断尝试中,科研人员先后实现了600毫米长晶体的成功制备与量产,使上海硅酸盐所成为世界上能研制并量产该长度BGO晶体的唯一供应商,并保持着生长BGO晶体长度的世界纪录。

 

颠覆了卫星的载荷与平台比例

 

 

“我们曾经考虑,将1.4吨探测器放在一个现成的卫星平台之上,这样卫星总重将超过3吨,必须用一个更大型号的火箭发射,光运载费用就要增加五六千万元。”吴季说。

 

中科院微小卫星创新研究院在竞标暗物质卫星时,就让评委们大吃一惊——设计团队提出了以载荷为中心的设计理念。多年来,我国卫星研发都是以平台为中心。打个比方,原来以“车”为中心,如果“货物”尺寸太大,或分量太重,就只能改。这次,他们提出根据“货物”来做“车”,颠覆的不仅仅是重量比例问题,更是设计理念的改变。

 

他们仅仅增加了450公斤的平台重量,就实现了完整的卫星功能,使得载荷与整星的质量比达到了73%,完全颠覆了过去卫星的载荷与平台比例,仅运载就为国家节省了几千万元的成本。这种设计不仅在中国是第一次,在世界上也是少有的。

 

“悟空”卫星由中科院微小卫星创新研究院抓总研制,从卫星工程立项到卫星发射,只用了4年的时间,所有指标达到或优于设计指标。卫星首席科学家常进给“悟空”将近两年的运行打了“100分”,目前卫星运行状态良好,所有探测器性能和刚发射时一样,预计将远远超出3年设计寿命。

文字编辑:黄海华 题图来源:视觉中国 图片编辑:雍凯
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