十年磨一剑 青年造新“星”

中青报·中青网记者 谢洋 通讯员 江畅 李伟红

    一颗小小的卫星，能蕴藏多大的科研能量？

    前不久，我国主导研制的X射线偏振探测立方星，圆满完成了其宽视场X射线偏振观测的飞行验证任务。该立方星由广西大学物理科学与工程技术学院牵头的合作团队自主研发，于2023年6月搭载力箭一号遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空。

    立方星重量约为1千克，长、宽、高均为10厘米，常用于空间天文新技术的在轨飞行验证，可以在真实的空间环境中进行地面实验室无法完成的苛刻试验。与动辄花费上亿美元的传统大卫星相比，立方星的生产和发射成本低廉，逐渐成为航天发展的一个重要方向。广西大学研制的这颗立方星，从外壳到电子芯片，全部实现国产化。

    X射线偏振包含大量关于天体物理过程和天体特性的关键信息，通过研究X射线的偏振，天文学家可以更深入地了解宇宙中的极端环境和高能物理过程，从而加深对宇宙演化和天体物理现象的理解。不过，碍于技术原因，X射线偏振观测进展缓慢。

    此次立方星成功发射并圆满完成飞行验证任务，让我国的X射线偏振探测研究迈出了重要一步。鲜为人知的是，这一成果背后，有一支平均年龄30岁的青年科研团队。

    看不到“曙光”的研究项目

    2014年，还在广西大学物理科学与工程技术学院读本科的封焕波，加入了学院刘宏邦教授的团队，参与X射线偏振探测器的研究。

    “当时我两眼一抹黑，什么是X射线偏振，要做什么样的探测器，完全没概念。”封焕波说，慢慢接触了解后，觉得自己掉进一个“大坑”。

    他了解到，意大利从2000年前后就开始研发X射线偏振探测器，彼时尚未有突破性成果。广西大学团队2014年才着手研发，已经落后了10多年。

    面对这种情况，刘宏邦提出了“不仅要追赶，还要超越”的目标。意大利的探测器专注于观测空间天体亮源，视场较窄。团队要研发宽视场探测器，以观测“空间中不确定何时何处出现”的暂现源——在短时间内出现然后很快消失的天体，让研发难度大增。

    其实，广西大学与意大利一些实验室曾有科研合作。但近年来，一些国家对我国进行技术封锁，让刘宏邦认识到，要大力发展我国自己的科研力量。

    团队的任务是要让探测器搭载火箭升空，在太空中完成X射线偏振探测实验。而火箭对于搭载的“乘客”，有严格的技术指标和时间进度要求，要在一个个紧迫的时间节点前，做出超越国外领先水平的成果，无疑是难上加难。

    “我小时候在农村长大，没有什么大的志向，只想着毕业后去广东打工。让我参与这个重要项目，以前想都不敢想。当我了解到国外的进度和我们目前的情况，我觉得是‘天差地别’。”封焕波曾一度看不到项目的曙光，多次想过放弃，只想早点本科毕业，“甩开这个摊子”。

    但刘宏邦留住了封焕波。

    刘宏邦知道封焕波高考的物理成绩很好，选择来物理科学与工程技术学院一定是对这个领域有兴趣。刘宏邦劝说封焕波：“不要辜负自己的物理天赋，把这个项目做完再选择人生道路，跟完一个完整的科研项目，你对世界、对人生会有更深刻的理解。”

    封焕波被说服了，他留了下来——从本科到硕士，从硕士到博士，都从事着当前的项目。甚至有机会保研985高校时，他也因为不舍选择了留下。如今，他已是研究团队的骨干，主导设计了X射线偏振气体探测器、电子学系统和机械结构等。

    得益于近年来我国半导体产业的飞速发展，以及高性能计算机的迭代，加上团队不舍昼夜地追赶，项目不断取得突破。2021年，第一版探测器封装完成，信号测试良好。封焕波说，这个“看不到曙光”的项目让自己看到了曙光。

    科研不是闭门造车

    研制X射线偏振探测立方星，是一个多学科交叉的复杂项目，从电子元件到计算机算法，从X射线光学到机械结构，涉及多个学科的前沿领域。因此，刘宏邦一开始就没有打算“单打独斗”，而是要寻求多方合作，一起攻关。

    在校内，物理科学与工程技术学院引进了具有国际科研合作经验和空间载荷研制经验的谢斐和胡慧君等科学家。在校外，学院邀请中国科学院大学、华中师范大学、中国科学院高能物理所、中国航天科技集团五院等多方加入项目，组成了一个30余人的、平均年龄30岁的团队。

    “科研是一个共同创造的过程，每个团队都有自己的长处，也有自己视野的局限，大家一起合作，才能取长补短。”广西大学党委常委、副校长梁恩维说。

    研究中，各个科研单位分享自己的思路、技术，遇到问题共同讨论解决。不仅如此，为了方便研究，一些单位还将人才派驻到广西大学参与科研。

    易涤凡是一名来自中国科学院大学粒子物理团队的直博生。X射线偏振相关的科学课题是他最感兴趣的方向。通过中国科学院大学和广西大学相关团队的合作关系，他加入了项目，在广西大学团队深入学习交流并参与项目研究工作。

    X射线的信息被探测器捕获后，只是一堆原始数据，其中还夹杂着许多干扰信息。要从中提取出有效的信息，只靠已有的处理算法，效率和精确度都较低。为了解决这个问题，易涤凡和团队成员一起钻研，开发了新的全模拟软件并提出了全新的修正算法，可以对探测原始数据进行快速提取优化，极大提高了X射线偏振探测精确度。

    “科研不是闭门造车，很多老一辈科学家都鼓励青年走出研究所，到各地大学扎根，去带动学科发展。” 易涤凡说，并非在北上广才能做科研，广西一样可以，开放流动可以形成良性循环的生态，有利于各学科领域发展。

    团队介绍，探测器要在太空使用，需要充入纯净的工作气体，并减少气体泄漏，以保证任务期间性能的稳定。一种方式是外接一个气罐，往探测器内部补充气体，维持探测器压力。但外接气罐会额外增加火箭运载负担，提高科研成本。

    为此，封焕波花了4年时间研发出一项气体探测器封装技术，可以让探测器脱离气罐独立使用。他不仅将这项技术应用到探测器上，还共享出去，其他团队也能使用。

    除了在技术上合作共享，在工作协作上，各单位也紧密配合。华中师范大学负责探测器的电路设计，设计好的图纸会发往深圳的厂家生产。在一次试验中，电路板中的一个电容没有通过测试。团队迅速按照航天标准进行了技术归零，成功定位并复现了问题，最终确定电路板需要改版。而此时，已临近项目时间节点。

    要改电路板通常需要几个星期的时间。华中师范大学王辉博士收到请求后，连夜修改好图纸，深圳的厂家拿到图纸后，停下原本的生产工作，紧急制作好电路板发到广西大学。这套流程下来，只用了不到一周。封焕波说，中国科研、生产单位的紧密协作创造了这样的速度。

    年轻一代也能“十年磨一剑”

    “有人说我们一代不如一代，但在我看来，年轻人是超越了我们老一代的。” 刘宏邦说。

    由于各学校、科研单位是第一次合作，其间难免会出现纰漏。团队曾做出一款看上去“完美”的探测器，初步试验数据符合要求，团队以为项目就快成功时，却在模拟太空的环境中出了问题。

    在大气环境中，温度相对稳定，探测器运转良好。但在模拟太空环境里，剧烈变化的温度，让探测器部件因热胀冷缩破裂，试验失败。

    “科研没有侥幸，该踩的坑一定会踩，这些年我们踩了无数坑。但坑踩了一次，就要吸取教训，不能踩第二次。”封焕波说，为了从这些坑中走出来，团队常常一周7天都在实验室，每天工作10小时以上。任务紧急时，一天只睡两三个小时。

    被问及为什么愿意付出这么多，封焕波说，为了追赶，为了超越。

    “每当克服了一个难题，我就会很兴奋，疲惫也一扫而空，甚至想跑出去唱两首歌。”封焕波说，如果说2014年是“前途无望”，那么10年后，已是“信心满满”。

    2023年6月，X射线偏振探测立方星顺利升空，成功捕获X射线数据，完成了初步科研任务。这是国际上首次采用大面积拼接方案的卫星，从探测器外壳到电子芯片，全部实现国产化。从此，我国的X射线偏振研究不再依赖国外技术，避免了“卡脖子”问题。

    但这样的成果没有让团队满足，当前探测器的捕获效率、精度和国际先进水平仍有差距，他们接下来要研制更精确的探测器，并计划在2027年让探测器进入中国空间站进行实验。

    “中国要成为一个科技强国，要培养我们自己的年轻人。我们回头来看，当年研制出原子弹的那些人，也多是年轻人。当下的年轻人，不仅有老一辈‘十年磨一剑’的精神，还处在更先进的技术环境中，拥有更强的学习能力，怀着更乐观、自信的心态。从这几点来说，我们是可以做到一代比一代强的。”梁恩维说。

    在梁恩维看来，国家非常注重科技人才的培养，不断丰沃人才成长的土壤，如今很多科研项目的带头人都是30来岁的青年学者。当青年学者带动更多更年轻的学生投身科研、发展科研，中国的科研人才供给就会源源不断。