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慧眼卫星背后的故事…

滨松
2017.8.10

引 言 

小时候看各类传说、故事,但凡世上罕有之兵器和绝技,都要经过超出人所想象的付出、奇遇和磨难才能得到。所以,干将铸剑要“采五山之铁精,六合之金英”;孙悟空要吃蟠桃、饮御酒、食仙丹,再经三昧火八卦炉锻炼七七四十九天,才炼就一双火眼金睛。传说故事虽然不免故弄玄虚、刻意夸大,但是也说明了一个道理:事因难能所以可贵。

慧眼卫星上天后,各路媒体、各方专家对其先进的技术指标和宏伟的科学目标称赞不已、充满期待。如上所说,光鲜背后必然是多少人多年的艰辛付出,不懈追求。老一辈们20年的执着坚守我只能当故事来听,而北京滨松的同事们攻克慧眼卫星高能主探测器复合晶体制造技术难关的故事却是我亲眼所见、亲身参与。

Chapter 1

终于等到这一天

2017年6月15日11时是慧眼卫星(HXMT,硬X射线调制望远镜)预计的发射时间。11时一过,我就开始坐不住了,心情激动而又忐忑。11时28分,现场观礼的同事发来消息:发射成功!

慧眼卫星发射

图源:sohu.com

北京滨松于发射现场的观礼人员

随后卫星发射的照片、小视频刷爆微信,朋友圈都洋溢着自豪和骄傲。搭载着北京滨松研制的18个复合晶体的慧眼卫星终于上天了!大家近5年的艰辛付出、翘首等待,终于迎来梦想成真的一天!

Chapter 2

艰难困苦,终具慧眼

自人类诞生以来,我们的祖先通过眼睛来观察和感知世界。随着观察需要的逐渐提高,我们发明了望远镜、显微镜等辅助工具来拓展眼界。回顾历史,每次人类“眼界”的拓展,都带来对世界认识程度的提升,带来人类社会哲学、科技和文化水平的大发展。

慧眼卫星,带领我们探索宇宙奥秘

图源:cankaoxiaoxi.com

2012年与中科院高能所第一次邂逅,获悉HXMT的项目背景和对闪烁体的需求后,我们都被这个雄心勃勃的观测计划震撼了,这款被称为“空间科学重器”的天文望远镜覆盖的能区范围、探测器的面积、视场和成像算法都是世界上最全、最大和独创的。它将是实现银河系X射线巡天以及黑洞、脉冲星和伽玛射线观测和研究的最亮、最明锐的眼,一双真正的慧眼。

图源:cyol.com

我们将要研发的高能主探测器复合晶体,正是这颗X射线天文望远镜最核心的部分,只有复合晶体做好了,慧眼才能看得更清、看得更远。

从一个测试人员的视角看,复合晶体封装的难点在于一方面要保证较好的光输出、均匀性和能量分辨率,另一方面还要满足强的力学振动冲击和热真空环境使用要求。前者决定探测器的探测能力,而后者保证了探测器经受卫星发射、运行和太空严苛环境时具有绝对的可靠性,加之复合晶体直径(190mm)比较大,综合以上要求,对封装工艺提出了巨大挑战。

在找到北京滨松之前,业内多个单位、多位老师已经做了很多尝试,但是由于技术难度实在太大,工艺始终无法取得突破。

回到研制过程,可以说复合晶体的研制就是项目组成员一次次不断地自我否定,然后逐渐走向一个理想方案的过程。每一次满怀期待的测试评价,最后又一次次地失望而归。那种无力感和挫败感曾经让项目组每个人很煎熬。同时又激起了大家的斗志,坚定了一定要弄清楚工艺关键点,一定要把复合晶体做出来的决心。这个产品由于国外禁运,所以必须依靠国内自主研发,作为中国人,我们必须把它做成!

最后,经历了29轮方案试验,才实现了全部性能达标、工艺确定、批量生产!保证了慧眼卫星上天计划的实施。慧眼卫星高能望远镜主任设计师刘聪展也对于北京滨松的贡献给予了高度评价。

高能主探测器和复合晶体

Chapter 3   

科学,技艺,坚持,缺一不可

从研制开始,高能所负责探测器的刘聪展老师和张翼飞老师时刻关注着项目进展,每次都现场了解试制的情况,并与项目组一起分析测试结果、讨论改进方案,为每一次的突破而兴奋,为每一次的失败而煎熬。

为了提高实验效率,项目组商议出由北京滨松提出多组封装方案,高能所用计算机进行光学、力学模拟,选择模拟结果比较理想的方案进行实物封装的方法。这种做法既结合了工艺实践的经验,又利用了科学分析的方法,很快展现出优势,指引我们摸索到了最优化的工艺方案,使复合晶体各项性能参数达到了项目的技术目标。

在一系列工艺难题突破的过程中,一方面高能所老师们扎实的基础理论知识发挥了重要作用;另一方面,北京滨松项目组诸位工程师、工艺师傅的工艺创新能力、丰富的实践经验构成了项目成功的第二个必要条件。所有人一次次地从挫折中鼓起勇气、互相鼓励、坚定信念、继续探索是取得成功的重要原因。

慧眼卫星是几代航天人的梦想和期盼,我们能深刻感受到高能所老师们肩负的使命。人在这种持续几年的长久压力下,既饱受煎熬、又满怀期待、并沉浸其中,更是需要对专业和理想的坚持才能始终如一、负重远行!

建造完成的HXMT卫星,等待一次伟大的天际旅程

Chapter 4

慧眼之后

继慧眼卫星之后,北京滨松还与高能所就HERD(高能宇宙辐射探测设施)、GRD(伽玛射线探测器)等航天项目继续展开合作。让“中国制造”登上我国空间站和SVOM卫星!

100年前,在潮湿、黑暗的地下室中,卢瑟福和盖格使用一个低倍显微镜,用眼睛记录α粒子打到硫化锌屏时发出的闪烁光计数,揭开了原子内部结构之谜,开启了原子核物理时代。这也是人类使用闪烁探测器测量探测各类辐射的开端。

100年来,闪烁探测技术日新月异,人类已经能将大型探测平台发射到太空来研究宇宙起源、天体演化以及其他未知未涉领域,北京滨松有幸参与、见证,深感自豪!

宇宙之广,粒子之微,光子事业,大有可为!

图源:tech.gmw.cn

* 作者姚岁劳,为北京滨松光子技术股份有限公司闪烁体部主任部员。曾任慧眼卫星(HXMT,硬x射线调制望远镜)高能主探测器复合晶体项目测试负责人、反符合屏蔽探测器项目负责人。

北京滨松光子技术股份有限公司(简称北京滨松),是滨松光子学株式会社(简称滨松公司)与北京核仪器厂于1988年共同投资兴建的,为国内著名的以光电探测为核心的高新技术企业。

滨松公司在华的全资子公司——滨松光子学(商贸)中国有限公司(简称滨松中国)负责北京滨松包括核医学产品在内的部分产品,在国内的商务活动。

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