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解析暗物质卫星“悟空”制造背后的故事

导读: 作为我国首次研制的大型空间科学探测卫星,暗物质卫星主要的科学仪器无论在重量、功耗,还是电子学线路的复杂度、工程实现难度方面,均超出了以往传统意义上有效载荷的定义。

  作为我国首次研制的大型空间科学探测卫星,暗物质卫星主要的科学仪器无论在重量、功耗,还是电子学线路的复杂度、工程实现难度方面,均超出了以往传统意义上有效载荷的定义。

  带着对这颗首次由中科院承担全部研制、生产工作的卫星的好奇,记者走近承担其中BGO量能器分系统的中国科学技术大学团队。

  我与BGO量能器的情缘

  暗物质卫星由有效载荷和卫星平台两大部分构成。其中,有效载荷包括五大分系统:塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器、中子探测器及载荷数据获取(即载荷数管)分系统。

  BGO量能器作为有效载荷的主体,承担着高能粒子的精密能量测量(5GeV~10TeV)、太空中的高能强子本底鉴别、以及为整个有效载荷提供触发信息等关键任务。从功能上来说,可以将BGO量能器的组件划分为探测器(负责实现物理探测)、读出电子学(负责对探测器输出的信号进行测量并转换成科学数据)及其机械结构三个部分。

解析暗物质卫星“悟空”制造过程的中故事

  “高能段电子的能谱测量,是暗物质卫星探测的核心目标。”中国科大核探测与核电子学国家重点实验室教授、BGO量能器分系统主任设计师刘树彬告诉《科学新闻》。中国科大作为分系统主体单位,与中科院紫金山天文台共同承担BGO量能器的研制任务。

  事实上,早在卫星工程项目启动之前的2009年,中国科大的科研团队就参与了紫金山天文台研究员、暗物质卫星首席科学家常进所领导的暗物质探测卫星地面原理样机的研制工作,并得到了中科院知识创新工程重要方向项目的支持。

  当时还是核探测与核电子学国家重点实验室博士研究生、现任BGO量能器分系统副主任设计师的封常青、张云龙,通过两年的努力,完成了地面原理样机BGO量能器的探测器和读出电子学的关键技术攻关,确定了PMT多打拿极信号输出、以及高集成度电荷测量ASIC芯片的读出方案。

  两位博士生出色的毕业成绩单,也成为此后暗物质粒子探测卫星BGO量能器的技术基础。但作为卫星载荷,还必须在重量、体积、功耗等各种资源条件十分有限的情况下,达到高可靠的要求。因此,原有的地面原理样机成果并不能直接继承,要在此基础上,按照航天工程的管理要求继续进行技术攻关。

  2011年,封常青和张云龙戴上博士帽,以优异的成绩从中国科大毕业。但摆在两位年轻人面前的,却是一次艰难的人生选择。

  这一年年底,暗物质卫星正式立项,中国科大承担BGO量能器的工程研制工作。同时,由于封常青和张云龙博士出色的科研成就,不少企事业单位向他们抛来了橄榄枝。

  但正如二人所说的,“这是博士期间我们付出努力做出的成果,和项目有很深的感情”,他们心意相通地共同放弃了其他的工作机会,选择以博士后身份留在母校,致力于暗物质卫星工程BGO量能器的工程设计和研制。

  “能够亲身参与我国首次开展的大型空间粒子探测实验,我们真的感觉很高兴,也很荣耀。”封常青说。

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