《中国作家》发表章剑华报告文学《逐日之旅

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金秋时节——10月9日,我国成功发射了“夸父一号”先进天基太阳天文台卫星,实现了我国综合性太阳探测专用卫星“零”的突破。章剑华以最快的速度,第一时间采写了报告文学作品《逐日之旅》,并在《中国作家》杂志全文发表。

《逐日之旅》是章剑华正在创作的长篇纪实文学《向苍穹——中国天文事业发展三部曲》的一个章节,重点记叙了我国太阳空间探测的发展历程和“夸父一号”首席科学家甘为群“追逐太阳”的奋斗事迹。

2022年国庆长假后的第二天——10月9日,人们还沉浸在节日的欢乐和喜迎党的二十大的热烈氛围之中。就在这一天,中国第一颗综合性太阳探测卫星——“先进天基太阳天文台”在酒泉卫星发射中心发射升空。

酒泉,位于祁连山脚下的遍及万里的巴丹吉林大漠之中。在过去,这里是一个很少有人涉足的遥远的神秘王国。相传,汉朝将军霍去病带兵出征匈奴,大获全胜,凯旋后驻军河西一带。汉武帝为了奖赏他的功劳,特颁赐御酒一坛。霍去病为了和将士们共庆胜利,便将这坛御酒倾倒于山泉之中,尔后与众豪饮。后来当地百姓为了纪念这位能征善战又体恤部下的英雄,便将此地称为“酒泉”。东晋的高僧法显在《佛国记》里,对此曾有过这样的文字记载:“上无飞鸟,下无走兽,遍望极目,唯以死人枯骨为标志帜耳!”19世纪末,瑞典探险家斯文赫定一踏进这片大漠的边缘地带时,也曾发出过惊恐的悲叹:“这里不是生物所能插足的地方,而是死亡的大海,可怕的死亡之海!”

酒泉无酒,死海不死。如今,酒泉名闻遐迩,享誉海内外。在这里,建成了我国第一个卫星发射中心。

中国走向太空的第一步,就从这里开始!自1970年4月24日“长征一号”运载火箭成功发射中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”以来,酒泉卫星发射中心先后执行110次航天发射任务,成功将145颗卫星、11艘飞船、11名航天员送入太空。

四个月前,搭载神舟十四号载人飞船的长征二号F遥十四运载火箭在这里点火发射,约577秒后,神舟十四号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,发射取得圆满成功。

卫星发射场上,乳白色的长征二号丁运载火箭载着“先进天基太阳天文台”(以下简称“ASO-S”)卫星,昂首挺立在高高的发射架上,就像一位远征的使者,整装待发。

发射的时刻终于到了。在现场的该卫星首席科学家甘为群与在场的每一个人脸上显露出神圣而凝重的表情。

“10、9、8、7、6、5……点火!”随着这洪亮的声音,7时43分35秒,操作员快速准确地按下了发射控制台上的点火开关。

霎那间,大漠震颤,地动山摇。7时43分39秒,巨大的火箭喷吐着橘红色的火焰,在山呼海啸的轰鸣声中拔地而起,直冲苍穹。

在发射中心控制室里,嗒嗒,嗒嗒……测仪灯光在不停地跳跃着,即时捕捉着火箭的飞行轨迹。

爱因斯坦这样说过:一个男人与美女对坐1小时,会觉得似乎只过了1分钟;但如果让他坐在火炉上1分钟,却会觉得似乎过了1小时。是啊,此时此刻,不要说1分钟,就是1秒钟,甘为群与他的同事们都觉得是何等的漫长!

17分钟后,卫星发射中心邹利鹏司令员以洪亮的嗓音宣布:“本次卫星发射圆满成功!”

北京时间2022年10月9日7时43分,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,成功将先进天基太阳天文台卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。该卫星主要用于太阳耀斑爆发和日冕物质抛射与太阳磁场之间的因果关系等研究,并为空间天气预报提供数据支持。

这一刻,标志我国自行设计制造的“ASO-S”卫星正式进入太空运行,实现了我国太阳专用综合探测卫星“零”的突破——中国人在逐日之路上跨出了可喜的一步。

这一刻,对于中国天文工作者来说,是值得高兴与庆贺的。他们在用最新的天文科学成果,向党的二十大献上一份厚礼!

怎么不激动、不感慨呢?“ASO-S”卫星从地面升空到进入运行轨道,仅仅用了几分钟的时间,而中国天文人却为此盼望和奋斗了近半个世纪,经历了艰难而曲折的逐日之旅。

科学家毕竟是科学家。甘为群内心的激动并没有溢于言表,他避开人群,独自走出控制室,来到发射场的旷野中,仰天凝神,思绪若即若离,穿越时光的隧道,飞回了过去的那些岁月。

甘为群生不逢时,出生于我国三年困难时期的1960年,那时他家已家道中落。其祖上是南京赫赫有名的望族——甘家。如今南京城内留存的“甘家大院”又称“甘熙故居”,是由甘熙的父亲甘福开始建造的,后来甘熙又续建、扩建。当时清朝的定规是民间住宅造屋不能超过一百间。据说天帝的房子有一万间,皇宫是九千九百九十九间半,王公勋爵的住宅是九百九十九间半,民居便只得九十九间半了。作为曾国藩同科进士的甘熙曾在京做官,深知此事关系重大,所以未敢建满百间,只建九十九间半,那半间是一个四面皆窗的楼阁。

甘为群是甘家的第28代,他出生时,甘家大院早被收购为国家所有,他家就住在狭小的平房里。由于家庭成分不好,父母亲终日胆战心惊、闷闷不乐,顾不上孩子。他懂事后,时常被惊慌和迷惘所笼罩,没有享受过多少童年的快乐。在他的印象中,小时候住过的房间很小,但东西两侧竟各有一个小窗户,早晨能看到日出,晚上能看到日落。这是他一天中最开心、最阳光的时刻。

七周岁那年,他上了大行宫小学。这小学来头不小,位于南京市主城中心地带的大行宫。清代康熙帝六下江南时,四次居住在当年的江宁织造府,因此就把江宁织造府所在地称为大行宫。大行宫小学被认定为曹雪芹故居的一部分。故居里标志性的那棵古木——龙爪槐,就在校园的国旗旗杆旁边。那棵龙爪槐很古老,树干是灰褐色的,很粗糙,布满了褶皱;树干上有许许多多的小树杈,虬曲着向地面生长,像一只只龙爪,遒劲而丰润,颇有种昂扬又谦逊的派头。

虽然是在那个“极左”的年代,但语文老师在课堂上,还是经常会提及这棵古树和《红楼梦》,讲曹雪芹与大观园的故事。同学们听得津津有味,而甘为群似乎对此并没有多少兴趣,不想听。有一次,老师偶然讲起了夸父逐日的故事,这一下子把他吸引住了。

老师说,相传在远古的黄帝时期,有一年天气非常热,辣的太阳直射在大地上,烤死庄稼,晒焦树木,河流干枯。人们热得难以忍受,一个叫夸父族的族人纷纷死去。首领夸父看到这种情景很难过,他仰望着天空道:“太阳实在是可恶,我要追它,捉住它,摘下它,让它听人的指挥。”于是他开始追逐太阳。

老师让大家安静,继续说道,夸父真的去追太阳了。太阳在空中飞快地移动,夸父在地上如疾风似的,拼命地追呀追。他穿过一座座大山,跨过一条条河流,大地被他的脚步,震得“轰轰”作响。说到这里,老师停顿了一下,然后问,你们说夸父能追上太阳吗?

同学们都瞪大眼睛,不知怎么回答。过了一会儿,一位同学举手说,太阳那么远,又跑得那么快,是不能追得上的。

老师笑了。他说,甘为群同学说对了。经过九天九夜,在太阳落山的地方,夸父终于追上了太阳。他无比欢欣地张开双臂,想把红彤彤、热辣辣的火球抱住。可是太阳炽热异常,夸父感到又渴又累,就跑着去找大泽里的水解渴,但大泽太远,夸父还没有跑到大泽,就在半路上被渴死了。

同学们都露出惋惜的神情。老师问大家,你们觉得夸父的做法对不对呢?值得不值得这样去做呢?

这下同学们叽叽喳喳议论开了。有的说对,有的说不对。有位同学的回答获得了大家的赞同,他说,夸父的做法是对的,但不值得去做,因为那样做就是鸡蛋碰石头,等于去送死。

甘为群的脸涨得通红,说不出话来。老师打圆场道,大家不要笑话甘为群同学,我讲这个故事给你们听,就是鼓励你们从小立下志向,将来做一个追赶太阳的人。

就在那一年,有一件事让小小的甘为群终生难忘:一天晚上,外面一片热闹,人们都在仰头观看我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”经过南京的上空,大喇叭同步传来悦耳的东方红乐曲。甘为群和大家一起沉浸在欢乐的海洋中。冥冥之中,在他的心里埋下了与卫星结缘的种子。

几年后,甘为群从大行宫小学毕业,升入南京市25中学,初高中都在这里就读。他长大成人,刻苦学习,在南京市首届物理竞赛中获得了前十名的好成绩,并代表南京市参加省级竞赛。高中毕业时,已是恢复高考的第三年。他一直没有忘记小学语文老师的那句话,做一个追赶太阳的人,在填报志愿时他毅然选择了南京大学天文系,终以优异成绩如愿以偿。

南京大学天文系始建于1952年,是中国高等院校中历史最悠久的天文学专业院系,号称中国天文学顶尖人才的摇篮,当时拥有中国唯一的天文学一级重点学科和一批高水平的天文学专家学者。

开学第一周的周末,方成老师为天文系的新生作了一次讲座。就是这次讲座让甘为群对太阳有了全面的认识——

太阳,是与我们关系最密切的一颗恒星,也是唯一一颗可以详细研究的恒星。它为我们带来了光明和温暖,也对地球产生重大影响。亿万年以来,太阳一直无私地为地球提供光和热,让我们摆脱了黑暗和寒冷。正是太阳促进了地球生命的诞生。人类自诞生之日起,就沐浴在阳光下,享受着太阳的光明和温暖。正如高尔基所说,人类一切美好的东西都来自太阳之光。

然而,地球上不止有风和日丽,偶尔也会有,甚至会发生火山、地震和海啸等恶劣自然灾害,直接威胁到我们的生存。同样,太阳作为太阳系的绝对王者,其直径是地球的109倍,重量是地球的33万倍。相比地球,太阳不仅是慈祥的太阳公公,有的时候他也会变得暴躁易怒,发起脾气来可不得了。

翻开人类的历史,像这样的太阳风暴和对地球的影响,有过许多的记录。它虽然不会直接伤害地球上的生命,甚至无法吹跑我们头上的帽子,但能影响甚至破坏我们的生活。科学家们预测,太阳活动11年周期所产生的剧烈爆发,都将严重影响近地空间环境,甚至有可能彻底摧毁现代化的基础设施,包括卫星、电力供应、无线电通讯、卫星通讯和电力传输等。可见,太阳风暴和空间天气,并不只是科学家们关心的自然现象,而是与日常生活息息相关。不管是从天文学的角度去探寻恒星奥秘,还是从实际生产生活的角度来讲,对太阳开展系统深入的观测都十分必要。

听完讲座,方成老师又带着新生们参观了学校刚刚建成的太阳塔,并亲自作了介绍。

太阳塔是塔式太阳望远镜的简称。世界上最早的太阳塔是美国著名天文学家海耳在1908年率先建成的。这种装置是在塔的顶部安装一组定天镜,将太阳光垂直向下反射,使之进入太阳光谱仪等光学系统再进行观测。这能大大减弱地面上升热气流对观测带来的不良影响,因而大大提高太阳观测的质量。在海耳这一开创性工作之后,世界许多国家的天文台纷纷建造了太阳塔,然而中国直到20世纪50年代却还没有一座太阳塔。

直到1958年,南大天文系才提出建造中国第一座太阳塔。但由于遇上国家经济困难和,太阳塔研制计划被搁置起来。到了1973年,大学校园逐渐走向正常,天文系决定重启太阳塔研制计划,并任命方成为太阳塔研制组组长。在进行大量调研的基础上,进行了太阳塔的深化设计,并经多方实地考察,最终选定中山陵孝陵卫林园区的一块地方作为建太阳塔的地址。

方成带领天文系的20多位教职工,克服资金不足、交通不便、人手不够等困难,组织和参与基建工作,先后花了6年的时间,于1979年初才完成太阳塔主体工程,接着又开始太阳塔的光机电总装,到了这年9月终于建成。塔高21米,采用双层塔结构及独特的三片式圆顶,望远镜由定天镜系统、成像系统和电路控制系统组成。投入初步使用后,得到了太阳像和太阳光谱。

听了关于太阳的讲座,参观了昂首苍穹的太阳塔,甘为群大开眼界,对太阳的“感情”更深了,便暗自许下终身——把专业方向重点放在太阳的观测与研究上,圆自己少年时期的梦想——做一个追赶太阳的人。

小时候,甘为群有些懒散,母亲常常这样说他,太阳晒在上也不肯起床。这是真的,他住的那个小房间,到上午七八点钟的时候,阳光照射到他的床上,暖洋洋的,他总是懒在床上想多睡一会儿。

而现在不一样了,学生宿舍里照不到太阳,他也用不着等太阳,每天一大早就起床,来到学校的一块草坪上,天还没亮的时候,他就先背英语单词。天微亮以后,他就开始看书,一直看到太阳从东方升起,便径直去食堂吃早饭,然后听课、听讲座、去实验室,上图书馆,晚上十点左右到宿舍休息。整整四年,周而复始,除了周日,他都这样度过,像蜜蜂贪馋地吸饮于百花丛中,像雄鹰自由地翱翔于浩瀚苍穹,如饥似渴地学习各种知识,以优异成绩完成了大学本科的学业。

机遇往往就是巧合,巧合往往就是机遇。就在甘为群大学本科毕业的时候,方成结束了在法国巴黎天文台两年多的进修,回到南大,意气风发地投入教学与科研。甘为群考上了他的硕士研究生,成为方老师的大弟子。方成治学严谨,教学认真,尽管只有两个学生,还是坚持每周面对面授课,从原理阐述、公式推导,到具体的数值计算方法及课堂讨论,方老师的言传身教使甘为群终身受益。在进入硕士论文研究阶段,方老师虽然工作十分繁忙,但雷打不动坚持每周一次论文进展讨论。1983年,我国第一次在昆明召开了国际太阳物理大会,方成带着甘为群一起参加了这个有国际众多著名太阳物理学家出席的盛会,许多原来只是停留在文献中的名字突然活生生地呈现在甘为群的面前,让他大开眼界!他也因此认识了不少国际天文学大家,他后来博士论文选题正是来自参加这次会议的灵感。

三年之后,也就是1986年,方成升任教授兼博士生导师,甘为群在提前完成硕士论文并在国际核心刊物发表后,顺理成章地成为方成的第一位博士生,从此,甘为群追随他的导师(方成1995年当选为中科院院士)——著名天体物理学家、太阳观测与研究的领军人物,正式踏上了漫长的逐日之路。

方成与别的专家教授不一样,特别注重理论与实践相结合,特别注重动手能力的培养。他自己就是一个动手能力特别强的人,亲手做天文望远镜,亲自参与太阳塔的设计和建造,孜孜不倦地进行太阳的观测,认真仔细地进行数据处理和科学研究。这一期间,他和他所领导的团队创造性地开展了许多出色的研究工作:建立了白光耀斑、日珥、谱斑和太阳黑子乃至微耀斑和“埃勒曼炸弹”等的半经验模型,被国际上广泛应用;首次提出了利用电离钙K线的光谱诊断方法;研究了耀斑发生时氢的非热电离和激发效应,提出了由光谱诊断耀斑非热高能粒子的方法……

从硕士到博士,甘为群慢慢成为方老师团队的重要成员。老师的倾心传授、研究理念和科学态度对他影响极大,坚定了他将太阳物理研究作为自己终生事业的信心。他在刻苦学习的同时,尤其注重自己观测能力与动手能力的培养,而太阳塔为他提供了最好的实践平台。硕博期间,他成了太阳塔的常客。南大与太阳塔之间有近20公里的路程,而学校到那边坐公共汽车不方便,中途还得走一大截,路上需要近2个小时。甘为群一大早起床,披着晨光,踏着早露,迎着霞光,快步前往,以便赶在旭日东升前到达,跟着导师开始一天紧张的观测工作,待太阳落山了,他不肯立即离开,而是用计算机进行各种计算。要知道,这台天文系仅有的计算机,是他的导师方成,在国外考察与讲学期间,用自己省吃俭用下来的钱购买回来的,放在这里供大家使用。当时很少有人会用计算机,而甘为群用得非常熟练,而且几乎成了它的管理员。当时还是Basic语言,甘为群硕士论文涉及的非局部热动平衡计算程序的早期调试,就是在上面进行的,枯燥无味的数据通过计算机的计算,变得如此奇妙,帮助他一步一步向着既定的目标迈进,一点点撩开苍穹的面纱。

转眼间,就到了撰写博士论文的时候了,他确定的论文题目是《耀斑大气半经验和理论模型》,这既要运用天体物理的相关知识,更需要有大量的观测依据。有段时间,他几乎天天往返于学校与太阳塔之间,好在那时太阳塔又新添了一些新的更为先进的观测仪器和计算机,但是,天公不作美,在太阳观测的最佳季节里,南京的天气却一反常态,连续阴雨天,太阳迟迟不肯露面,这急煞了甘为群。无奈之下,他与太阳塔的工作人员商量,能否让他临时在这里住下来,一边写论文,一边等待天气的好转。工作人员被这位勤学苦干的学生所感动,加之长期交往结下的情谊,便同意了他的请求,给他安排了住宿,并让他一起搭伙吃饭。

他把自己关在一间小屋里,说来也巧,这间小屋,居然与自己小时候住的那个房间大小差不多,也是东西各一个小窗户。这熟悉的环境和简陋的条件,反倒是对他莫大的激励!他昼夜不舍,潜心思考,精心运算,常常废寝忘食,把全部精力与心智通通用于论文写作,成了踽踽独行、形单影只的畸零人。他的思想却翱翔于万里长空。苍穹里,孤雁高飞。

有一天,一名工作人员发现甘为群一天没有到食堂吃饭,便去找他。推开小屋一看,只见他趴在桌子上,便上前叫唤他,用了很长时间才叫醒他。原来,连续几天的熬夜,大脑皮层过于兴奋,导致他进入了深度睡眠模式。

天若有情天亦晴。也许是老天爷被他的精神所感动了,天气很快放晴了。雨过天晴,天高云淡,阳光明媚,这给甘为群带来极好的观测机会。一周下来,他获得了大量的太阳观测数据,有些数据是平时用很长时间也难以观测到的。这给他的博士论文增添了价值很高的第一手资料。这是老天的馈赠,他倍感幸福。

之后,天文系和南大计算中心的计算条件有了很大改善。甘为群博士论文研究也进入到理论分析和计算的阶段,他先后转战天文系计算机房、南大计算中心的机房、紫金山天文台的机房。当时的上机费很贵,方老师给甘为群提供了大量宝贵的科研经费。

经过长时间的努力,他写出了厚达一百多页的长篇论文。在论文的结尾处,他郑重地加上了一句话:我要做一个追赶太阳的人。

方成老师仔细地阅读了他的论文原稿,看出了文章中的勃勃生机和奇异光彩,但还是检查了又检查,核对了又核对,提出具体的修改意见。博士论文答辩时,甘为群的阐述获得一致好评,答辩委员会主席陈彪院士评价说:这是一篇不可多得的既充满理论思维又具有观测依据的扎实论文。甘为群成为南大天文系培养的第一个天体物理博士。他的博士论文后来发表在美国《天体物理杂志》上,开南大博士学位论文在该杂志发表的先河。

一天,方成把甘为群叫到自己的办公室,充分肯定他硕博期间的学习研究成果,并告诉他,我准备向系里申请,把你留下来。

此时此刻,甘为群的心情无法用言语来表达,前者让他兴奋不已,后者让他激动万分!

然而,不然!这次他遇到了人生的第一次挫折。由于天文系的教师指标一时批不下来,他留校的希望落空了。方成对此很是惋惜,甘为群更是一片迷茫。

迷茫之际,方成告诉他,紫金山天文台的空间天文实验室前途无量,建议他去找一下张和祺台长。

张和祺,太阳物理学与空间天文学家。早期从事太阳物理研究,主要研究方向是太阳耀斑现象的储能、发生机理及高能物理过程。他最早在国内开展太阳耀斑光谱光度分析研究,建立了耀斑光度及其运动的联合跟踪测量法。他曾观测到百年罕见的太阳特大爆发的氢Hα光谱序列而引起国际同行关注。1982年,根据美国爱因斯坦卫星的空间探测数据,他提出了射线类星体内光度与红移的关系,其分析结果已为国外学者所采用和推广。1989年,他从美国SMM太阳峰年卫星数据中发现了太阳耀斑第二次高能释放现象——太阳射线暴。他还全力推进中国空间天文学的建立,在紫金山天文台创立了以高能辐射探测为主体的空间天文实验室。

在一个周日的上午,甘为群带着忐忑的心情摸到张台长位于南京峨眉路的家。没等甘为群开口自我介绍,张和祺便热情道:“方成老师向我推荐了你,我们正需要你这样的专业人才。你就到这里来吧!”

甘为群很是意外,他没想到方老师事先已经联系过张台长,更没想到张台长二话没说就接收了他。他原先准备好的自我介绍用不上了,不知说什么是好。

“我不仅知道你的名字,还看过了你的论文。”张和祺说,“你研究的方向就是我们空间天文实验室的重要课题之一。你到这里来是有用武之地的。”

张和祺鼓励道:“空间探测是手段,你已经做出了很好的研究成果,基础扎实,经过进一步的研究积累,反过来提出空间探测项目才更加具有科学含金量,我们对你抱有很大期望。”张和褀又说,“尤其是你在论文结尾处加的那句话,做一个追赶太阳的人,看似多余,却打动了我。”

“这是我少年时期立下的志向。”甘为群心情放松下来,表示道,“我一定会不辜负方老师和您的期望,努力往太阳空间探测这一新的方向上靠。”

“可以!”张和祺笑了,“你真是一个追赶太阳的人。不过,入职手续不会那么快。这样吧,你可以先来上班,明天我让人带你先参观一下紫金山天文台。”

就这样,1989年6月,甘为群成为了紫金山天文台的一员,被安排在空间天文实验室,担任助理研究员。当时,他是紫台新生代中唯一的博士。

紫台的空间天文实验室是在1976年成立的。那时国家完成“两弹一星”任务,科学界提出“两星一站”计划,其中的一星就是指“天文一号”卫星。这是张和祺牵头在20世纪70年代中期的一次重要的全国科学规划会议上提出的,得到国家的重视并产生重要影响。“天文一号”卫星的目标是填补中国空间天文的空白,以太阳观测为主,太阳观测又以耀斑爆发为主。为此,在中国科学院的安排下,紫台专门成立了中国第一个空间天文实验室,联合国内多家单位共同研制。

原计划在1980至1981年的太阳活动第21周峰年期间,发射“天文一号”卫星。如果按期发射,则“天文一号”卫星和日本“火鸟”卫星及美国“太阳极大年”卫星几乎是同时的,中国的空间太阳物理也将与日本和美欧处于同一起跑线上。可惜的是,由于该星部分载荷如掠入射软X射线成像望远镜的研制难度超出预期,加之后来国家政策调整等原因,“天文一号”卫星最终未能继续下去。这给中国天文界留下了很大的遗憾,紫台空间天文实验室的工作一度在艰难中徘徊。

在紫台空间天文实验室工作不久,甘为群就崭露头角,多篇论文在国际天文杂志上发表。之后,甘为群获得了德国洪堡学者身份,到德国慕尼黑马普地外物理研究所从事博士后研究。在这里,他第一次接触到先进的太阳探测仪器和空间数据,一边向外国同行虚心学习,一边潜心科学研究,在理论与观测两个方面都取得了长足的进步,发表了数篇有份量的论文,其中有一篇研究太阳耀斑大气加热的论文,是他第一次利用互联网与当时在美国的同行密切合作完成的。由于充分利用了双方的优势,甘为群对论文结果的重要性十分看好,可在论文投到欧洲核心天文杂志后,却被带有偏见的审稿人枪毙了。这判断上的巨大反差给甘为群带来了困惑,为了进一步检验自己的判断,甘为群转而将该论文投到更高一级的美国天体物理杂志。很快审稿意见来了,开头就写道:“这是一篇高水平的原创性工作。”对于做科研的人而言,没有什么比得到同行的高度认可更让人欣慰的了。

回国后,甘为群继续在空间天文实验室工作,先后担任副研究员和研究员,取得了多项科研成果,获得了多个重要奖项,如中国青年科学家提名奖、中国科学院青年科学家一等奖、国家杰出青年基金、国家教委科技进步一等奖、中科院自然科学二等奖、国家自然科学三等奖等。1995年前后,是甘为群的收获年,但他心里十分清楚,天文学是一门观测性的科学,他在天文设备方面尚没有什么贡献,更大的考验还在后面。

随着我国经济社会的快速发展,空间天文太阳观测迎来了一次重要的机遇——1992年9月21日,中央会批准我国载人航天工程按“三步走”发展战略实施,简称“921”计划。紫台张和祺台长瞅准这一重要机会,提出了空间天文探测包搭载载人航天实验飞船的计划。1993年底,甘为群随张和祺台长一行到北京参加论证会。会上,有人对载人航天搭载空间天文探测仪器计划提出异议,认为日本等国都搞过了,我们大可不必再搞了。在这样的会议、这样的场合,照例是轮不到甘为群发言的,但初生牛犊不怕虎,他主动要求发言,利用自己对国外前沿了解的优势及对中外差距的深度思考,结合“921”所能提供的条件和国家当时有限的实力,指出,就技术而言,如果别人搞过了我们就不搞,那我们永远不可能实现零的突破,就无法追赶上世界先进水平,更不用说超越了。他的发言,引起了与会者的共鸣,最终紫台联合高能物理研究所争取到了空间天文探测包搭载载人航天实验飞船神舟二号的任务。

艾国祥,天体物理学家,中国科学院院士,1996年获何梁何利科学与技术进步奖,2002年当选第三世界科学院院士。1966年提出太阳磁场望远镜并主持研发,于1987年和1988年分别获得中国科学院和国家科技进步奖一等奖。从20世纪90年代末开始,艾国祥转向了空间天文和天文空间信息领域。

艾国祥对甘为群的研究成果颇为赏识,曾让后来也成为院士的汪景琇写信,有意把甘为群调北京天文台工作,但张和祺台长以紫台人才紧缺为由予以婉拒。现在要搞空间太阳望远镜,艾国祥又想到甘为群——不是调他,而是合作。

那年底,他把甘为群请到北京,开门见山地说:“想必你已经知道了我提出的空间太阳望远镜计划,不知你对此有何看法?”

“不是跟着,而是合作。”艾国祥说,“说实话,我转向空间太阳研究时间不长,而紫台空间天文实验室长期从事这方面的研究,你又在国外做过专门的训练与研究,这是个优势”。

“有你来当领军人物,我们就有信心。”甘为群建言道,“这个项目必须抓紧上,我们先起步,从小做起,小步快跑。”

“不不不,我们要做就做大的,要上就上在世界上领先的。”艾国祥豪气道,“我们不能跟在别人的后面追,而是要赶超。我的计划是同时搞几个先进的望远镜,主要是1米口径的太阳磁场光学望远镜。这在世界上还没有人搞这么大的。”

甘为群没有立即接话,想了想说:“这当然是好,但我觉得做这么大的望远镜,技术上挑战很大,而且投资巨大,恐怕难度太大,难以实现。”

“没有难度哪来高度?”艾国祥坚持认为,“做最大的、搞最先进的才有意义。”

“这可不是我们搞天文的人说的话。”艾国祥半玩笑半认真道,“宇宙的速度与地球上的速度是不一样的,搞天文的不快怎么行呢?眼睛一眨多少光年就过去了!”

艾国祥有点不高兴了,直率道:“你们不想搞大的,那我来负责1米望远镜。你们就搞软X射线紫外望远镜,这应该没有问题吧?”

“问题是有的。”甘为群随即又表示,“但我们一定按照你的要求,领下任务,克服困难,争取把这个项目做成做好!”

甘为群从北京回来后立即向张和祺台长作了汇报。张台长对这个项目虽有顾虑,但仍表示支持,指定甘为群牵头,启动软X射线紫外望远镜的预研工作。这其实是甘为群第一次真正涉足空间天文项目领域。他当时带着常进(2020年当选中科院院士)等几个年轻人投入到这一全新的领域。半年后就拿出了技术预研报告,并投入到随后差不多持续两年的中德合作空间太阳望远镜项目推进中,在其中发挥核心成员作用。

但是,空间太阳望远镜的确技术难度大,加上其他原因,预研和推进过程十分漫长和曲折,到2010年差不多处于停滞状态。项目从提出到终止前后近20年,令人感慨。早在甘为群到紫台工作不久,一天中午休息聊天,一位老同事就告诫甘为群,空间天文是一个费时间、做虚功、干了一辈子很可能两手空空的行当。从“天文一号”卫星的下马,到空间太阳望远镜的不了了之,似乎一个个都得到了印证。

真是这样的吗?就只能这样了吗?甘为群心有不甘,他没有退却,而在思索——思索其中的原因,思索新的出路。

这一期间,搭载神舟二号的空间天文探测仪器计划取得积极进展。该计划于1994年正式立项,在长达7年的时间里,紫金山天文台与中国科学院高能物理研究所共完成了3台高能辐射探测器的研制。并于2001年1月10日随神舟二号飞船顺利入轨,在轨运行165天。在此期间,载荷工作正常,除了观测到若干宇宙伽马射线暴,还观测到数十个太阳伽马射线耀斑和逾百个太阳硬X射线耀斑。

神舟二号空间天文分系统的成功,实现了中国空间太阳天文观测零的突破。这在一定程度上鼓舞了中国天文科学家的士气。

而对于空间太阳望远镜计划的中断,甘为群与大家一样,感到十分惋惜与难过,但他没有泄气与沮丧。他认真分析了不成功的原因,一是大型科学项目的提出一定要与国家整体实力相适应,二是所提计划既要考虑先进性也要考虑可行性。经过反复思考,甘为群觉得还是要回到当初向艾国祥台长所提的建议上来——从小做起,小步快跑,即先搞太阳探测小卫星。于是,他拉着常进等年轻人提出了太阳高能小卫星预研项目,这一项目得到了国家自然科学基金委员会的资助,很快进入到预研阶段。

2004年7月18日至25日,国际空间研究委员会(COSPAR)第35届世界空间科学大会在法国首都巴黎召开。这是空间科学研究领域最有权威的非政府间国际组织会议。甘为群以紫台副台长的身份,与常进研究员和南京大学方成院士一同参加了大会。

会议期间,他们与法国同行探讨太阳空间探测合作的可能性,得知法方有LYOT和 DESIR两个小卫星计划方案。甘为群便向法方介绍了紫台正在开展太阳高能小卫星项目的预先研究,并提议中法合作,将三个小卫星计划合并起来。双方经友好商议,联合提出了中法合作“太阳爆发探测小卫星(SMESE)”的概念,其科学目标是瞄准太阳活动第24周峰年,研究耀斑非热粒子的加速和传播作用过程、日冕物质抛射的形成和早期演化、以及耀斑和日冕物质抛射之间的关系。

这一国际合作,非常有助于加快我国空间太阳探测的进程。所以,甘为群作为中方负责人的SMESE项目,很快在2005年底就获得国防科工委的经费承诺支持。2006至2008三年间,在中国科学院国家空间科学中心的参与下,中法项目组共进行了30多次的双边项目推进会,先后完成了0相、A相和A+相阶段的任务,形成了100余份技术文档,并通过了法国航天局组织的阶段评审。

就在甘为群对这个项目抱有极大希望的时候,法方由于项目安排方面的冲突,于2009年初正式通知中方终止SMESE项目。

这给甘为群当头一盆冷水。空间领域的国际合作谈何容易!这期间,甘为群还主持提出并得到预研支持过“基于一箭五星的太阳空间物理探测计划”,也是不了了之。他在追逐太阳的道路上屡屡受挫,难免有些懊恼,难道当初同事的告诫真是一道魔咒?冷静下来,甘为群决心打破魔咒,永不言败,永不放弃,另辟蹊径。

山积而高,泽积而长。经过大量的调研和科研工作,条件成熟了,2011年,甘为群胸有成竹地提出了中国第一颗综合性太阳探测卫星——“先进天基太阳天文台(ASO-S)”的概念。

中国空间太阳物理研究终于迎来了黎明前的曙光——中国科学院启动了空间科学战略性先导专项计划。甘为群抓住机遇,将“ASO-S”整体打包(1+3,即1个概念性研究加3个载荷方案研究)申报了该计划的第二批预先研究项目。但是,立项遇到了阻力。因为当时申报的项目很多,竞争相当激烈,加之有关方面对太阳探测认识不足,没有给予足够的重视。为此,甘为群在论证会上据理力争,进行了充分的阐述。

他说,空间天文往往都是从对太阳探测开始的。改革开放三十多年来,我国太阳物理研究水平已经从跟踪发展到了并行、局部先进的地步。20世纪80年代开始,以我国科学家自主研制的具有国际先进水平的地面太阳望远镜已经形成一定规模,中国的太阳物理研究逐步跻身国际先进行列。但是,我们也要承认,与国际空间太阳探测水平相比,我国的差距巨大。从第一颗太阳探测卫星上天到现在,世界主要空间大国共发射与太阳观测直接或间接有关的卫星70余颗,获得了大量的前所未有的观测数据,使得人类对太阳的认识有了质的飞跃。我国虽然在太阳物理研究方面处于国际前列,但研究所依赖的数据绝大多数都是来自国外的太阳探测卫星,这种对原始空间数据几乎零贡献的状况,显然是一个很大的问题。

说到这里,甘为群激动道,太阳是太阳系的老大,常常被喻为地球的父亲。太阳给了地球那么多阳光和温暖,难道我们中国人就不想给太阳公公更多的关注和回报吗?

甘为群线日,加拿大北部地区电网在短时间内突然遭到破坏,整个魁北克省的供电系统陷入瘫痪。在排查事故原因时,发现这次断电事件的元凶就是太阳风暴!更近一点的2003年,太阳爆发了一次强磁暴,使欧美的GOES、ACE、SOHO和WIND等一系列科学卫星遭受了不同程度损害,导致全球卫星通讯受到干扰,GPS全球定位系统受到影响,定位精度出现偏差,地面和空间一些需要即时通讯和定位的交通系统遭到不同程度的瘫痪。可见,无论对于科学技术的发展,还是国家安全,太阳探测都是极其重要,已经成为各国天文学界、空间物理学界等领域的竞争焦点,各国科研人员都使出了浑身解数,我们要不甘自弱、急起直追!

充分的理由、热情的话语,深深打动并说服了与会者和评委,最终,“ASO-S”卫星概念及有关三个载荷作为一个整体,于2011年正式获得中国科学院空间科学战略性先导专项计划的支持,列入预先研究项目。

跨出可喜的第一步,甘为群团队趁热打铁,随即进行预先研究。世上无难事,只要肯攀登。一次次冥想,一次次运算,火花迸发;一张张稿纸,一个个方案,堆积如山。他们终于找到了通天之路——提出了“ASO-S”的科学目标——“一磁两暴”:一磁是指太阳磁场,两暴是指太阳上两类最剧烈的爆发现象——耀斑和日冕物质抛射,即同时观测太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射,研究其形成机理、相互作用和彼此关联,揭示太阳磁场演变导致太阳耀斑和日冕物质抛射爆发的内在物理联系,同时为灾害性空间天气预报提供支持。为实现这一目标,卫星需要配备3台有效载荷。他对标国际先进水平,结合国内已有的基础,提出了3台载荷具体的技术指标。

按照空间科学先导专项的布置,一个空间项目要想走到最后,必须经过3个阶段:预先研究、背景型号、卫星工程立项与实施。这样,预先研究工作做完后,自然要申请背景型号项目支持。这是卫星工程立项前最关键的环节。预先研究形成的概念是否可行,关键技术能否突破,必须在这一阶段解决,这一阶段的经费体量因此比预研阶段高出十倍到数十倍,属于准工程阶段。然而,就是在这个环节的申请上,引发了一场不小的风波。

在背景型号项目申请答辩会上,有人提出,从技术的可靠性和节约成本的角度,中国目前还是先进行地面太阳观测为好。

甘为群解释道,是的,在地球上,地面太阳观测具有升级灵活、成本较低、可持续性强的特点。但是,地球大气会对天体辐射有吸收作用,甚至导致很多波段在地面无法开展观测;大气湍流会限制观测分辨率及降低测量精度;昼夜交替导致观测无法连续进行。为了弥补这些短板,空间太阳观测早已成为太阳观测的主战场,它有无与伦比的优越性——全波段、全时段,空间分辨率和观测精度不受地球大气影响。现代太阳物理学科的进展大都来自空间太阳观测的驱动。

又有人质疑道,既然搞空间太阳探测,就应该重启“空间太阳望远镜”卫星计划,而不是另起炉灶。

因为甘为群对“空间太阳望远镜”卫星计划了如指掌,便胸有成竹地说,中国空间太阳探测从20世纪70年代中后期开始至今,走过了一条曲折的道路,几代太阳物理学家为了改变中国没有太阳探测卫星的状态,进行了长期不懈的尝试和努力,40多年过去,除了神舟二号空间天文分系统取得过少量太阳空间观测资料以外,中国至今仍保持着太阳探测专用卫星“零”的记录,相比较国际上已经发射了70多颗太阳探测专用或有关卫星,的确令人感慨,尤其为“空间太阳望远镜”卫星的夭折而惋惜。

接着,甘为群分析道,一个项目能否继续进行下去取决于多种因素,这其中既有客观因素,也有主观因素。但一个项目即使最后没有取得成功,也不意味着一无所获,从中国空间太阳物理的发展历程来看,“天文一号”卫星积累的载荷研制经验为神舟二号空间天文分系统的成功打下了很好的基础;而神舟二号太阳高能辐射探测器的研制经验被直接用于SMESE项目;SMESE项目虽然最后没有走到工程立项,但“ASO-S”的预研直接受益于“SMESE”卫星概念性阶段研究的成果,而且,我们的“ASO-S”拓展了“SMESE”卫星的科学目标和载荷构成,此外,空间太阳望远镜的预研成果对提出“ASO-S”卫星项目发挥了重要作用,“ASO-S”卫星科学目标“一磁两暴”中的“一磁”及3个载荷之一的全日面矢量磁像仪就是来自空间太阳望远镜的因素,空间太阳望远镜实际上已经被融入到“ASO-S”卫星中。

有理有据的答辩,说服了所有的专家,“ASO-S”项目获得了背景型号答辩打分的第一名。

甘为群凯旋而归。但还未来得及庆祝,一个意外的消息很快从北京传来,有关方面以“有不同意见”为由,竟没有批准“ASO-S”进入背景型号研究。

得此消息,甘为群彻夜难眠,压力山大。几天后,中国科学院副院长阴和俊来紫台调研,甘为群和方成院士一起向阴院长当面详细汇报了“ASO-S”卫星项目和答辩经过的情况,对背景型号研究未获批准表示异议与不满。阴院长当即说,对于科学目标先进的项目我就支持,并表示回去后就来协调。

一周后,甘为群终于获准赴京参加由阴院长亲自主持的国家空间委员会关于背景型号项目遴选的终极会议。会上,他十分珍惜来之不易的机会,充分利用15分钟的汇报时间,向评委扼要介绍“ASO-S”项目的全貌,特别是强调项目的重要性和紧迫性。会议进行到讨论环节,中国工程院院士、国家航天局原局长栾恩杰第一个发言:今天这4个项目中,如果只能上1个,我建议上“ASO-S”。

权威领导一言九鼎。“ASO-S”终于迎来了好运,获准进入背景型号研究。接下来是马不停蹄地准备立项材料。也许是好事多磨,正当背景型号项目材料准备得差不多的时候,甘为群突然接到通知:对不起,原先承诺的背景型号经费无法落实!

巧媳妇难为无米之炊。上千万的研究经费从何而来?甘为群为此煞费苦心,先是从台里有限的经费中挤出360万元,接着又向国家基金会提出资助申请。在他的不懈努力下,国家基金会投票通过了“ASO-S”资助申请,给了865万元。后来中国科学院又补了240万元。这样,研究经费基本落实了。

2014年1月1日正式启动“ASO-S”背景型号研究,伴随着经费的逐个落实,工作也走上正轨。项目进行了一年后,有关方面突然通知要对项目开展中期评估。甘为群按照中期评估惯常的思路,主要汇报了项目一年来的进展及接下来的计划。没想到,这次由所谓第三方负责的中期评估不同以往,相当于重新评估背景型号项目的立项。如此理解上的错误,直接导致“ASO-S”的评分最低!

得分最低意味着什么?意味着后续资金难以到位,项目面临自生自灭的严重危险!

甘为群大为不服,但无可奈何。何苦呢,就此罢休吧。不!决不能半途而废,更不能自生自灭!他对他的团队说,我们豁出去了,困难再大也要依靠自己的力量搞下去!

决定命运的时刻到了。2016年年中,中国科学院组织对空间背景型号项目的结题验收和综合论证。专家们听了甘为群关于“ASO-S”背景型号项目实施情况的汇报,审阅了堆积如山的研究报告和技术文档,还现场查看了部分原理样机和样件,大家大为惊讶!对“ASO-S”背景型号阶段的工作与成果,一致给予高度评价,认为开创了一条自筹经费开展背景型号阶段研究的新路子,“ASO-S”终于在8个背景型号项目中脱颖而出,成为进入卫星工程立项程序的两个项目之一。

经历一波三折,中国科学院在2017年底正式批复“ASO-S”卫星工程立项。

2018年4月11日,甘为群接到了中国科学院的聘任书,聘任他为“先进天基太阳天文台”卫星工程首席科学家。他的心情像草长莺飞的自然界一样美丽,又像忙于春播的农民一样时不我待。

此时,离太阳活动峰年仅有6年左右的时间。太阳每11年为一个活动周期,开始的4年左右时间里,黑子不断产生,越来越多,活动逐渐加剧。在黑子数达到极大的那一年,称为太阳活动峰年。在太阳活动峰年最有利于对太阳爆发现象的观测。

不能等!拿着沉甸甸的任命书,甘为群感到使命光荣、责任重大。科学卫星在中国尚属于新生事物,卫星首席科学家更是在这片土地上才出现没有几年。虽然文件上定义了科学卫星一切围绕科学目标,首席科学家具有一票否决权,首席科学家因此也要负责卫星的科学产出。但具体如何履行首席科学家的职责,如何确保卫星的研制满足科学的需求,并没有现成的模式。

甘为群借鉴前人及国外的经验,他利用主抓预先研究和背景型号研究对情况比较熟悉的优势,除了协助卫星工程总体和卫星系统组建卫星工程研制团队外,他重点着手组建卫星科学团队,包括组建卫星科学应用系统。他根据需要在“计划之外”任命了3个载荷科学家和3个载荷数据科学家,前者确保载荷的研制过程中必须满足科学指标和科学需求,缓解科学家与工程师在工作理念上的差异;后者负责卫星数据下传后的生产、处理、存储和服务,并负责数据分析软件的研发。这一新架构的提出使得首席科学家的工作有了抓手,很快被业内接受和效仿。

多少事,从来急。在“ASO-S”卫星工程开工动员大会上,甘为群要求各任务团组以高度的使命感做到“三个确保”:确保“ASO-S”的创新性,形成中国太阳探测卫星载荷的独特组合,真正做到在一个卫星上同时观测“一磁两暴”;确保“ASO-S”的高质量,努力实现各项科学目标,达到预期的探测效果,力争取得重大科研成果;确保“ASO-S”赶在太阳峰年期发射升空。他强调说,我们要与太阳赛跑,努力加快卫星工程的进度,按期完成各项工作任务。

他的导师方成院士捷足先登,带领南京大学的天文团队及长春光机所的技术团队,与航天八院联合提出,构建一个超高指向精度和超高稳定度的卫星平台,开展高精度的太阳观测。此后,他们经过三年多的科学论证和方案设计,确定了双超卫星平台加Hα光谱成像的总体设计,明确了卫星的科学目标和技术指标,于2019年6月获得国家航天局批复立项,两年后在南京完成地面观测试验,接着在上海完成了整星集成测试。

2021年10月初,双超平台太阳光谱成像观测项目开展卫星征名活动,确定该探日卫星为“羲和号”。羲和是上古神话中的太阳女神,象征着中国太阳探测的缘起。

同年10月14日,“羲和号”卫星发射升空。卫星重量为550公斤,稳定运行在平均高度517公里的太阳同步轨道上,获得了一批高质量的太阳光谱数据,拉开了我国空间探日的序幕,打破了我国没有第一手太阳空间探测数据,依赖国外卫星数据的被动局面,有力提升了我国在空间科学领域的国际话语权。

导师的探索精神和探日成果,对甘为群既是极大的鼓舞和鞭策,也是巨大的压力。他决心追赶导师,追赶太阳,尽早把我国第一颗综合性太阳探测专用卫星——先进天基太阳天文台发射升空。

甘为群一再提出,我国的太阳卫星虽然起步晚了,但一定要做出自己的特色,实现新的科学目标,那就是“一磁两暴”。为了实现这一科学目标,甘为群在设计之初就在“ASO-S”的载荷配置上寻找突破和创新——搭载三台不同功能的太阳探测望远镜,同时观测对地球空间环境具有重要影响的太阳上最剧烈的爆发现象。在天文研究中,这样组合观测,即在多波段同时进行观测非常重要。

三个载荷的体量虽然不是太大,但关键技术的难度很大。关键技术拿不下来,“ASO-S”的科学目标就无法实现。而在“ASO-S”之前,我国的探日卫星几乎空白,没有多少经验可循。甘为群经过反复思考与权衡,没有基础,就从头开始,决定发挥全国天文研制之优势,集中优势兵力打歼灭战。

三个载荷是太阳观测的“三宝”,同时也是技术上的“三座堡垒”。只有攻克了这“三座堡垒”,才能真正获得“三宝”。在甘为群的感染下,研制团队燃起斗志,踏上了攻关攀登之路。

全日面矢量磁像仪由邓元勇任载荷科学家。他是中科院国家天文台怀柔太阳观测基地主任,中科院太阳活动重点实验室副主任。接到研制任务后,邓元勇带领他的团队,首先确定了全日面矢量磁像仪的研制目标:实现比国际同类设备更高的磁场测量精度。针对这一目标,研制团队深入分析了已有设备的特点,抓住了提高磁场测量精度的关键点,提出了以大靶面、高帧频探测器实现不同偏振分量的交替采样为技术主线的研制方案。

技术方案虽然确定下来,但项目组面临的技术挑战却是一个接着一个。首先,航天级大面阵、高帧频探测器国际上并无现货,国内处于研发阶段,性能参数、空间环境适应性等都需要从头摸索;其次,为了实现空间高速、交替采样,采用了全新的液晶偏振调制技术,这在当时国际上完全没有先例,项目组与合作单位从原材料开始一步步走到了最终的航天器件;此外,双折射滤光器油浸动密封技术、自动波带稳定技术、海量数据星上实时处理技术、精密温控及高精度同步控制、高精度稳像技术等,虽然在地基磁场测量设备中已经广泛应用,但国内缺乏空间应用经验。针对这些拦路虎,载荷承担单位国家天文台、南京天光所、西安光机所联合多家外协单位,通力合作,最终一一扫清障碍,完成了研制。地面测试显示,载荷达到甚至超过了预期技术指标。

该载荷由张哲任主任设计师。他是中国科学院紫金山天文台高级工程师。对他来说,承担这一研制任务占有“天时地利人和”。他从参加工作开始就介入并承担起太阳硬X射线成像仪的预研和技术攻关工作,而紫台又是这个项目的发起单位,更重要的是,首席科学家甘为群及其带领的卫星科学团队,乃至硬X射线成像仪硬件研制团队成员又都和他身处同一个实验室,项目上各方面的沟通和交流都十分顺畅和便捷。但是,摆在他面前的这台载荷的研制,之前在我国还是空白,面临着数项关键技术攻关的艰难任务。这其中最难的是准直器。太阳硬X射线成像仪的探测器阵列相当于一个个的小眼睛,这些小眼睛前面对应着准直器的光栅对阵列,为了实现X光子流量方向的信息调制来用于成像,数千条狭缝阵列采用坚硬的钨材料加工,层叠厚度超过1毫米,最窄缝隙只有20微米,而前后相距1.2米,在这种距离上还要求光栅在前后端对齐得分毫不差,而这个“分毫不差”还要求能在抵抗发射过程中的剧烈震荡,以及进入太空后恶劣的极端温度和真空环境后保持稳定。

为此,在近十年的研制过程中,张哲伴随仪器而成长,他领导的团队不断迭代成像仪的设计方案,在国内选择多家合作制作单位,与他们一起优化方案,研讨工艺,并给大家打气鼓劲。一次次试验,一次次失败,一次次调整,最终,满足要求的钨光栅采用激光加工方案取得了成功,光栅层叠和对准装配完成准直器也实现了完美的工程实施。团队还通过不断的优化和改进,在世界上首次实现了同类载荷全系统的X射线束流调制测试,对X射线调制成像能力做出了充分的验证。

该载荷由陈波任主任设计师。他是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所副总工程师。虽然他先后参加过多项国家重点课题研究工作,曾获国家科技进步二等奖等多项重要奖励,但莱曼阿尔法望远镜对他来说,是一个新的课题、新的挑战。

莱曼阿尔法望远镜实际上由三台望远镜、四个成像通道组成,其中最具代表性、最难研制的是莱曼阿尔法日冕仪,它由一套共用的主光学系统和两台CMOS相机构成,可在121.6nm和700.0nm两个波段同时对1.1太阳半径到2.5太阳半径日冕进行高分辨率成像,角分辨率达到2.5″/像元。利用这台仪器可以在极强的太阳“圆盘”照射下,对太阳周边亮度降低4到8个数量级微弱的日冕辐射进行高分辨率成像观测。

研制中,陈波研究员带领研究团队,团结奋战,攻坚克难,解决了大范围杂光抑制、亚秒级高精度稳像和莱曼阿尔法波段辐射定标等关键技术问题,研制出我国第一台双波段太阳莱曼阿尔法日冕仪,角分辨率高于在轨运行的solar Orbiter卫星上的同类日冕仪,将在太阳物理研究和空间天气预报研究中发挥重要作用。

其实,在三个载荷的研制过程中,技术难度是一个方面,而他们恰恰又遇上了“天灾人祸”。

天灾就是新冠疫情。就在“ASO-S”载荷研制最为关键的时候,新冠病毒肆虐全球。这给本来时间十分紧张的研制工作雪上加霜——不能正常上下班,实验室无法如期使用,人员往来受到限制,各种器材和零部件无法运送或邮递……针对这一特殊情况,甘为群要求各研制单位积极应对、科学安排,并通过“远程视频”“腾讯会议”“微信通话”等形式,及时进行线上讨论、信息沟通、情况汇报,确保“抗疫”与“研制”两不误。年近六十岁的陈波,疫情期间住在研究所的实验室一个多月,过春节也没有回家,完成了100多个软件模块的计算开发任务,确保了研制工作的进度。

人祸就是西方封锁。无论是哪个载荷,都要用到芯片。芯片是载荷的“心脏”。只有使用先进的芯片,才能制造出高质量的载荷。以前,卫星载荷上用的芯片,有些是从外国进口而来的。然而,就在“ASO-S”载荷的研制期间,西方一些国家对中国实行所谓的制裁,加上国际疫情极为严峻,一些元器件和芯片的断供给载荷研制工作造成极大困难。面对这一情况,研制单位措手不及,产生了消极畏难情绪,甚至提出推迟研制时间,等时机成熟后再干。对此,甘为群参加工程例会,一起研究对策。他说,元器件不能进口,既是挑战也是机遇,逼着我们转危为机。对于芯片,我看有两条路可走,一是在国内筛查同类替代品,二是我们自己进行研发。总之,芯片不能成为我们的拦路虎。我们要通过我们的努力,保质保量搞出“ASO-S”,为我们争气,为中国争光!甘为群的一番话,极大地鼓舞了大家的士气。办法总比困难多。三个研制单位调整思路,群策群力,既发挥自身优势,又多方寻求合作,尽管走了一些弯路,但最终攻克了芯片难题,研制成功了怀抱“中国心”的高质量卫星载荷。

卫星的研制属于重大系统工程。“ASO-S”卫星研制就包括6大系统:卫星系统、运载系统、发射场系统、测控系统、地面支撑系统和科学应用系统,至少涉及几百个科技人员。此外还有工程总指挥和总设计师,以及工程总体、总体办公室、中科院主管机关等。“ASO-S”卫星这次未设载荷总体,中科院上海微小卫星创新研究院作为卫星系统总设计师单位,发挥了至关重要的作用。诸成总师自从卫星实施以来几乎天天加班,从未有过休息日。科学应用系统总师黎辉身先士卒,带病坚持工作……看着整个团队的奋力拼搏与团结协作,甘为群常常感慨道:“我们这些幕前人,更应该看到那些在幕后兢兢业业付出的人,他们是最辛苦的人!”

从左到右分别是:陈斌(卫星工程总体办主任)、崔吉俊(卫星工程总师)、甘为群(卫星工程首席科学家)、伍健(HXI载荷科学家)、熊蔚民(卫星工程总师助理)、邓雷(卫星系统总师助理)

在科学的道路上,没有平坦的大路可走,只有那崎岖小路上攀登的不畏劳苦的人们,才有希望到达光辉的顶点。在卫星载荷研制成功后,甘为群并没有松一口气,继续带领黄宇、苏扬、封莉等年轻的科学团队,夜以继日地做好卫星发射前的各项工作,并为卫星升空后的科学研究进行提前准备,自行开发各种软件。“ASO-S”入轨后,每天将产生大约500GB的观测数据,且全部科学数据和分析软件将面向全球用户开放共享,共同实现其科学目标。

2022年7月11日,中国科学院发布的“先进天基太阳天文台”征名活动启事,一下子吸引了全国人民的眼球——

征名活动得到广泛响应,在短短的两周中,共征集到25000多份起名提案,经两轮评选,最终确定“ASO-S”的中文昵称为“夸父一号”。

在新闻发布会上,甘为群向大家报告,经过两轮评选,最后专家投票确定,先进天基太阳天文台取名“夸父一号”。大家知道,“夸父”是中国神话故事《夸父逐日》中的神话人物。中神话故事《嫦娥奔月》中的嫦娥,已经是探月系列卫星的昵称,《夸父逐日》中的夸父,用来命名探日卫星,太阳对月亮,夸父对嫦娥,两个神话故事,突显中国文化,相得益彰。而且,“夸父逐日”表现了古代先民胸怀大志,英勇顽强的精神,寄托了中华民族探索自然,矢志不渝、锲而不舍的强烈愿望和顽强意志。作为这颗太阳卫星的首席科学家,我一生有志于做一个追赶太阳的人,用自己的实际行动弘扬“夸父逐日”的精神。

重量859公斤的“夸父一号”已运行在高720公里的太阳同步轨道上,将连续4年、24小时对太阳进行不间断的多波段、高质量的观测……

黎明时的大漠格外壮观。一轮火红的朝阳喷薄欲出,万道霞光从东方射出,沙漠上闪现出一片金光。

太阳每天都是新的。甘为群面向阳光,久久伫立,思绪纷飞。他既为“夸父一号”的成功发射而兴奋着,又开始盘算着接下来的工作——为了迎接明天的太阳,必须及时把卫星传回地面的海量数据转化为高质量的科学成果!

面对视频中的记者,他先是感谢各方的协同与支持,然后介绍道,经过40多年的探索,中国没有太阳探测专用卫星的历史随着“夸父一号”的发射而被改写,成为国际太阳空间探测大家庭的一员。尽管太阳距离地球平均达1.5亿公里,但一旦发生太阳耀斑、日冕物质抛射等爆发活动,它所裹挟的大量带电高能粒子,会对人类生存环境,尤其是与现代生活息息相关的电磁环境造成严重破坏。因此,持续地对太阳活动进行监测是非常有必要的。现在,我们有了这颗卫星,科学家可以至少提前40个小时得到信息,从而及时做出相关的防护举措。

甘为群若有所思,脑海中闪过一幕一幕的酸甜苦辣,然后缓缓地说到,我的职业生涯中做过三件事:研究、行政与项目。当然太阳物理研究是贯穿始终。我最看重的还是卫星项目,真正实现我儿时的梦想——做一个追赶太阳的人。之前卫星尚没有发射,结果还不确定。现在“ASO-S”卫星已经成功发射,总算实现了我人生的一个大目标,这不仅是自己的目标,也是中国太阳物理界的目标,还有什么能比这个更让人欣慰的呢?

甘为群无限深情地说,我作为“ASO-S”的首席科学家,首先期待“ASO-S”的观测结果能够给太阳物理前沿研究注入新的动力,在“一磁两暴”和太阳大气结构与动力学的研究中取得重要成果,完成中国空间太阳物理完整的体系建设。同时,我也期待中国的太阳空间探测在国家有关部门的重视下能够由此走上可持续发展的轨道,建立日趋完善的项目选择机制;期待在中国自己建设的空间站上搭载更大、更先进的太空天文台,赶超世界先进水平;相信在新生代太阳物理学家们的共同努力下,中国下一代太阳探测卫星能够在更高起点上展开,为全世界太阳物理学科的发展做出中国应有的贡献。

最后,记者请他用最简短的语言表达自己此时此刻的心情与愿望。甘为群脱口而出——

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