【中國(guó)科學(xué)報(bào)】多個(gè)大科學(xué)裝置傳來(lái)好消息

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文 ｜ 《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 記者 倪思潔

今年是“十四五”規(guī)劃收官之年，也是“十五五”規(guī)劃編制之年。一批建成運(yùn)行的大科學(xué)裝置正源源不斷產(chǎn)出新的科技成果，而新的大科學(xué)裝置也在醞釀之中。

全國(guó)兩會(huì)期間，多位全國(guó)人大代表在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)，帶來(lái)了大科學(xué)裝置領(lǐng)域的最新消息，也提出了他們對(duì)國(guó)家大科學(xué)裝置發(fā)展的建議。

“中國(guó)天眼”核心陣建成效果模擬圖。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)供圖

“中國(guó)天眼”運(yùn)行升級(jí)兩不誤，

帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)收入超15億元

“這些年，‘中國(guó)天眼’已經(jīng)從性能優(yōu)良的望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)用戶友好的望遠(yuǎn)鏡，我們打通了從觀測(cè)申請(qǐng)、用戶銜接到觀測(cè)執(zhí)行、數(shù)據(jù)處理的各個(gè)環(huán)節(jié)，為‘中國(guó)天眼’產(chǎn)出高質(zhì)量成果提供了鋪墊和支撐。”全國(guó)人大代表、“中國(guó)天眼”總工程師姜鵬告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

2020年1月，“中國(guó)天眼”進(jìn)入常規(guī)運(yùn)行階段。“十四五”期間，“中國(guó)天眼”連續(xù)4年在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行年會(huì)中被評(píng)為年度優(yōu)秀設(shè)施第一名。

姜鵬介紹，目前，“中國(guó)天眼”發(fā)現(xiàn)的新脈沖星數(shù)量超過(guò)1000顆，超過(guò)全世界其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的脈沖星總數(shù)。“中國(guó)天眼”相關(guān)科研成果入選《自然》和《科學(xué)》評(píng)選的2020年度十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和十大科學(xué)突破，并有4項(xiàng)成果入選美國(guó)天文學(xué)會(huì)亮點(diǎn)研究成果。

在取得亮眼科研成果的同時(shí)，“中國(guó)天眼”建設(shè)運(yùn)行團(tuán)隊(duì)也突破了諸多技術(shù)瓶頸。

“通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，我們將裝置的性能發(fā)揮到極致。”姜鵬說(shuō)，“一方面，我們突破了空間目標(biāo)探測(cè)和深空通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在該領(lǐng)域探測(cè)能力的數(shù)量級(jí)提升；另一方面，我們解決了一些關(guān)鍵核心技術(shù)國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題，例如，接收機(jī)、饋源艙鋼絲繩等以往薄弱的技術(shù)環(huán)節(jié)正逐步實(shí)現(xiàn)全部國(guó)產(chǎn)化。此外，我們正在攻克‘中國(guó)天眼’核心陣建設(shè)設(shè)計(jì)方面的許多關(guān)鍵技術(shù)難題，如綜合孔徑數(shù)據(jù)處理技術(shù)、時(shí)間同步技術(shù)等。”

在去年9月25日的“中國(guó)天眼”落成啟用8周年紀(jì)念日上，“中國(guó)天眼”核心陣試驗(yàn)樣機(jī)正式開(kāi)工建設(shè)。核心陣計(jì)劃不僅可補(bǔ)齊“中國(guó)天眼”在分辨率和成像能力方面的短板，還可以進(jìn)一步增強(qiáng)靈敏度方面的優(yōu)勢(shì)。“核心陣建成后，它將升級(jí)為高清數(shù)碼相機(jī)。”姜鵬說(shuō)。

除了“中國(guó)天眼”本身的運(yùn)行、升級(jí)外，令姜鵬感到驕傲的還有它對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)作用。“當(dāng)?shù)乩习傩盏纳钏揭呀?jīng)大幅提高，跟2010年前后我們剛來(lái)時(shí)完全不一樣。”姜鵬笑著說(shuō)，“去年，前往‘中國(guó)天眼’參觀的游客量接近130萬(wàn)人次，直接帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)收入估計(jì)超過(guò)15億元。”

“子午工程”服務(wù)重大航天活動(dòng)60余次，

二期已完成建設(shè)

“‘子午工程’面向國(guó)家重大需求，為空間站等重大航天活動(dòng)提供60余次空間環(huán)境保障服務(wù)，為航天器發(fā)射返回、在軌運(yùn)行和航天員出艙窗口規(guī)劃和決策提供了重要參考數(shù)據(jù)。”全國(guó)人大代表、“子午工程”二期工程總指揮王赤院士告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

“子午工程”利用地基監(jiān)測(cè)日地空間環(huán)境。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心供圖

航天、通信、導(dǎo)航等高技術(shù)系統(tǒng)會(huì)受到空間環(huán)境的影響。太陽(yáng)耀斑、日冕物質(zhì)拋射事件、太陽(yáng)質(zhì)子事件、磁暴、電離層暴、極光活動(dòng)等空間天氣事件，就如同刮大風(fēng)、下暴雨一般，影響高技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行，并可能造成巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。

“子午工程”是用來(lái)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)空間天氣事件的國(guó)之重器，全稱為“空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)”。

2012年，“子午工程”一期建成，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)地基空間環(huán)境監(jiān)測(cè)“從無(wú)到有”的跨越式發(fā)展。2019年，二期工程啟動(dòng)建設(shè)，在一期15個(gè)觀測(cè)臺(tái)站的基礎(chǔ)上，新增16個(gè)觀測(cè)臺(tái)站，空間環(huán)境監(jiān)測(cè)能力顯著增強(qiáng)，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)日地空間環(huán)境全圈層、多要素綜合的立體式探測(cè)。

“通過(guò)實(shí)施‘子午工程’，我國(guó)空間天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)自主率大幅提高，從源頭夯實(shí)了我國(guó)空間環(huán)境自主保障的基礎(chǔ)。”王赤說(shuō)。

王赤介紹，“十四五”期間，“子午工程”二期已完成建設(shè)，并通過(guò)各專項(xiàng)驗(yàn)收，預(yù)計(jì)于2025年完成國(guó)家驗(yàn)收。工程建成了“一鏈、三網(wǎng)、四聚焦”架構(gòu)，具有全圈層覆蓋的日地空間環(huán)境立體監(jiān)測(cè)能力、快速的數(shù)據(jù)處理和服務(wù)能力，以及面向重要應(yīng)用的數(shù)據(jù)挖掘和產(chǎn)品生產(chǎn)能力。

“目前‘子午工程’二期已經(jīng)連續(xù)獲取空間環(huán)境觀測(cè)數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)。”王赤說(shuō)。

與此同時(shí)，中國(guó)科學(xué)家以“子午工程”為基礎(chǔ)，率先提出并主導(dǎo)國(guó)際子午圈大科學(xué)計(jì)劃，目標(biāo)是建立陸地最完整的東經(jīng)120°至西經(jīng)60°子午圈監(jiān)測(cè)鏈，實(shí)現(xiàn)對(duì)日地空間環(huán)境全緯度、全天候、日不落的立體觀測(cè)，突破對(duì)地球空間天氣物理全球變化過(guò)程和多圈層跨尺度相互作用的認(rèn)知，提供空間天氣大模型和高精度預(yù)報(bào)產(chǎn)品，為應(yīng)對(duì)空間天氣災(zāi)害、和平利用空間提供科學(xué)依據(jù)。

“太陽(yáng)風(fēng)暴、地球磁場(chǎng)變化等空間環(huán)境問(wèn)題具有全球性影響，很難由單一國(guó)家獨(dú)立解決。這些跨國(guó)界的問(wèn)題需要各國(guó)共同面對(duì)、攜手合作。這也是人類命運(yùn)共同體理念在科技領(lǐng)域的具體實(shí)踐。”王赤說(shuō)。

江門中微子實(shí)驗(yàn)、高能同步輻射光源

即將迎來(lái)重要節(jié)點(diǎn)

“江門中微子實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行工程建設(shè)的最后一步——液體灌注。目前，超純水已經(jīng)灌滿中心探測(cè)器有機(jī)玻璃球內(nèi)外空間，我們正在把有機(jī)玻璃球里的超純水置換為液體閃爍體。”全國(guó)人大代表、江門中微子實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家王貽芳院士告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

江門中微子實(shí)驗(yàn)中心探測(cè)器。倪思潔/攝

江門中微子實(shí)驗(yàn)是一個(gè)以測(cè)量中微子質(zhì)量順序?yàn)槭滓茖W(xué)目標(biāo)的大科學(xué)裝置，位于地下700米深處，其中心探測(cè)器是一個(gè)有效質(zhì)量?jī)扇f(wàn)噸的液體閃爍體探測(cè)器。探測(cè)器的主支撐結(jié)構(gòu)是直徑41.1米的不銹鋼網(wǎng)殼，其上承載著直徑35.4米的有機(jī)玻璃球、20000噸液體閃爍體、20000只20英寸光電倍增管、25000只3英寸光電倍增管等諸多探測(cè)器部件。

王貽芳介紹，在完成工程建設(shè)最后一步的同時(shí)，江門中微子實(shí)驗(yàn)的調(diào)試工作便已開(kāi)始。調(diào)試數(shù)據(jù)顯示，探測(cè)器用到的核心器件——可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的45000只光電倍增管工作正常；液體注入后，有機(jī)玻璃球及鋼結(jié)構(gòu)的受力狀況發(fā)生了改變。監(jiān)控顯示，受力狀況的改變符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

“我們預(yù)計(jì)今年8月完成液體閃爍體的灌裝，并開(kāi)始取數(shù)。”王貽芳說(shuō)。

江門中微子實(shí)驗(yàn)建成后，將成為國(guó)際中微子研究中心之一，與正在建設(shè)的日本頂級(jí)神岡中微子實(shí)驗(yàn)（Hyper-K）和美國(guó)深部地下中微子實(shí)驗(yàn)（DUNE）形成鼎足之勢(shì)。

同時(shí)，王貽芳還介紹，位于北京懷柔的高能同步輻射光源也基本完成建設(shè)任務(wù)。

高能同步輻射光源是世界上最亮的第四代同步輻射光源，建成后將與美國(guó)先進(jìn)光子源、歐洲同步輻射裝置、日本SPring-8和德國(guó)的PETRA-Ⅲ一起，構(gòu)成世界五大高能同步輻射光源。

“目前，關(guān)鍵設(shè)備都已經(jīng)安裝完成，正在做最后的調(diào)試。”王貽芳介紹，高能同步輻射光源的建設(shè)帶動(dòng)了高精度磁鐵、真空及鍍膜、超導(dǎo)腔、數(shù)字束測(cè)系統(tǒng)等一批關(guān)鍵核心技術(shù)的發(fā)展。

大科學(xué)裝置下一步往哪里走？

當(dāng)前，我國(guó)已布局建設(shè)的大科學(xué)裝置有77個(gè)。作為“十五五”規(guī)劃的編制之年，我國(guó)2025年或?qū)⑨j釀一批新的大科學(xué)裝置。

對(duì)于我國(guó)大科學(xué)裝置的發(fā)展，王貽芳建議，在建設(shè)大科學(xué)裝置的同時(shí)要注重提高質(zhì)量，確保大科學(xué)裝置性能指標(biāo)領(lǐng)先，產(chǎn)出重大成果。為此，需要擴(kuò)大單個(gè)裝置的投資規(guī)模。

“‘十四五’規(guī)劃的大科學(xué)裝置建設(shè)完成之后，我國(guó)大科學(xué)裝置數(shù)量將與美國(guó)大科學(xué)裝置數(shù)量相當(dāng)。下一步，大科學(xué)裝置發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)應(yīng)該是提高質(zhì)量，確保能夠超越別人、走在前面。”王貽芳說(shuō)。

王赤建議，要優(yōu)化空間科學(xué)領(lǐng)域大科學(xué)裝置的體系化布局和保障經(jīng)費(fèi)投入。

“未來(lái)10至15年是實(shí)現(xiàn)科技趕超的有限機(jī)會(huì)窗口，我們要抓住世界百年未有之大變局的關(guān)鍵機(jī)遇期，果斷決策，科學(xué)布局，發(fā)揮社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，加大對(duì)空間領(lǐng)域大科學(xué)裝置的經(jīng)費(fèi)投入，實(shí)施系列大科學(xué)工程，推動(dòng)我國(guó)加快建設(shè)成為航天強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)。”王赤說(shuō)。

姜鵬也表示，希望國(guó)家能加大對(duì)大科學(xué)裝置的技術(shù)投入。他還建議，我國(guó)各類大科學(xué)裝置應(yīng)以科學(xué)研究的實(shí)際需求為目標(biāo)導(dǎo)向，根據(jù)自身特性開(kāi)展裝置間的合作。

“天文學(xué)已進(jìn)入多信使研究時(shí)代，隨著國(guó)家大科學(xué)裝置越來(lái)越多，一些裝置已經(jīng)形成了合力。當(dāng)有些科學(xué)問(wèn)題無(wú)法依靠一個(gè)大科學(xué)裝置解決時(shí)，幾個(gè)裝置合作或許能夠發(fā)揮更好的作用。”姜鵬說(shuō)。

來(lái)源：《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2025-03-07 第1版 要聞)

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