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建党百年献礼——GECAM卫星背后的故事

    来源: 发布时间:2020-07-01 作者:

    建党百年献礼——GECAM卫星背后的故事

            

           今年两会期间,中国科学院院长白春礼在接受央视记者采访时,特意提到了两颗即将发射的卫星。它们主要用来研究黑洞和伽马暴,进一步探究宇宙起源和天体的变化。这两颗卫星,就是GECAM。

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    GECAM卫星

     

              GECAM(全称:Gravitational wave high-energy  Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor)即引力波暴高能电磁对应体全天监测器。它的故事,还要从2016年说起......

    图3:引力波LIGO探测器工作原理演示图.gif

    引力波LIGO探测器工作原理演示图

     

              那一年,美国的科学家利用地面LIGO探测器在地球上首次探测到了引力波事件。三位科学家因此获得了诺贝尔物理奖。2017年,中国高能物理研究所率先在全球内启动了中科院空间科学先导专项(2期)中的GECAM项目,作为首发科学卫星,计划在2020年11月发射为建党一百周年献礼。GECAM卫星选用溴化镧晶体在太空中探索引力波以佐证引力波事件和定位引力波波源,意义可谓深远。作为最核心的,同时也是制备技术最不成熟的溴化镧晶体封装件的研制成功与否决定了卫星是否可以发射,交付时间决定了卫星的发射时间。如果要按计划赶上建党百年献礼,GECAM从立项到卫星发射仅有4年时间,远低于正常的科学卫星发射周期。

    图4:GECAM卫星运行示意图.gif

    GECAM卫星运行示意图

     

              基于卫星发射和空间运行的特殊航天条件,卫星对溴化镧晶体的抗振性、抗冲击性、抗湿热性、耐受负压、探测能量范围与效率及抗辐照性能要求极为严苛。由于目前未有溴化镧晶体用于太空探测的成功案例,该卫星的研发和发射受到了国内外相关领域的高度关注。项目总设计师曾说,他的欧洲同行并不认为中国GECAM卫星在2020年能够发射成功。毕竟全世界溴化镧晶体研发生产的领头羊美国圣戈班公司,基于提供给日本科研卫星项目的溴化镧产品在发射前的试验中已出现性能劣化,绝不承诺他们的溴化镧产品能够上天。若此次卫星能够顺利发射,那将一举奠定我国溴化镧晶体封装件在世界航天领域应用的领先地位。

    图5-1:GECAM卫星用溴化镧晶体封装件.jpg图5-2:GECAM卫星用溴化镧晶体封装件.jpg

    GECAM卫星用溴化镧晶体封装件

     

              北京玻璃研究院在这种巨大的挑战和压力下,临危受命,接下了研制相应溴化镧晶体封装件的重任。2018年,北玻院课题组进行40余次封装试验,结果均不理想;2019年,课题组人员基本上放弃了所有的节假日,全身心扑在研发上;同年11月,封装件质量归零,随后进入到量产阶段;至2020年5月,分五批次交付正样件80件,实际封装次数不少于150次,且每次封装的次日都会及时地进行总结和反思。课题组负责人张春生几度累到赴医院就诊调养,但每次他都在最短时间内返回工作岗位。就是在这种拼搏与奉献中,北玻院人完成了国外科学家口中“不可能完成的任务”。

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    用于环境试验模拟卫星

     

              值得一提的是,疫情期间,北玻院排除万难,各种防疫物资优先供给溴化镧晶体课题组,保障项目如期完成。中国高能物理研究所李延国老师身体力行,亲自参与到现场封装工作中,疫情期间也从未间断。年逾古稀的他,每周至少到现场3天,剩下的日子里,每天早上7点准时打电话讨论工作进展。最近一年时间里,李老师往返我院近二百次,其工作强度可见一斑,课题组的工作负荷也可想而知。

    图7:李延国与课题组人员进行晶体闪烁性能测试及分析.jpg

    李延国与课题组人员进行晶体闪烁性能测试及分析


              GECAM卫星发射运行后,溴化镧晶体的应用将使卫星对引力波伽马暴的综合探测性能全面超过现有的观测设备,使我国在引力波高能电磁对应体探测研究等领域快速占据重要的优势地位,提升我国高能物理和空间科学在国际上的话语权,同时也代表着我国溴化镧晶体的制备技术达到国际领先水平,将极大促进我国基于高性能溴化镧晶体的其它高端装备的开发。

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    课题组人员进行封装工艺分析

     

              古人说,古今成大事者,不惟有超世之才,亦必有坚韧不拔之志。正是这群可爱、可敬的科研人,支撑起了祖国的航天事业蓬勃发展。也是他们,用一腔热血,向我们诠释了,什么是北玻院人的“工匠精神”!

     

     

    END