文 章剑华
2022 年10 月9 日7 时43 分,中国第一颗综合性太阳探测卫星“夸父一号”——“先进天基太阳天文台”(以下简称“ASO-S”),在酒泉卫星发射中心发射升空,发射任务圆满成功。这一刻,标志我国自行设计制造的“ASO-S”卫星正式进入太空运行,实现了我国太阳专用综合探测卫星“零”的突破——中国人在逐日之路上跨出了可喜的一步。
作为这颗卫星的首席科学家,甘为群激动不已。他避开人群,独自走出控制室,来到发射场的旷野中,仰天凝神,思绪穿越时光的隧道,飞回了过去的岁月。
甘为群出生于1960 年。其祖上是南京赫赫有名的望族——甘家。如今南京城内留存的“甘家大院”又称“甘熙故居”,是由甘熙的父亲甘福建造的,后来甘熙又续建、扩建。
甘为群是甘家的第28 代,他出生时,甘家大院早被收购为国家所有。7 周岁那年,他上了大行宫小学。一次语文老师在课堂上偶然讲起了夸父逐日的故事,这把他吸引住了。老师问同学们,你们说夸父能追上太阳吗?“能!一定能!”甘为群霍地站起来高声作答,引得同学一阵唏嘘。老师笑了,说:“甘为群同学说对了。但夸父还没有跑到大泽,就在半路上渴死了。”甘为群说:“我说夸父不但做得对,而且非常值得!”
就在这一年,有一件事让小小的甘为群终生难忘:我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”经过南京的上空,大喇叭同步转播悦耳的东方红乐曲。甘为群和大家一起沉浸在欢乐的海洋中。冥冥之中,他的心里埋下了与卫星结缘的种子。
几年后,甘为群升入南京市第二十五中学,在南京市首届物理竞赛中获得了前十名的好成绩,并代表南京市参加省级竞赛。高中毕业时,已是我国恢复高考的第三年,他要做一个追赶太阳的人,在填报志愿时,甘为群毅然选择了南京大学天文系,终以优异成绩如愿以偿。
甘为群是幸运的。创建于1952 年的南京大学天文系,是中国高等院校中历史最悠久的天文学专业院系,号称中国天文学顶尖人才的摇篮,当时拥有中国唯一的天文学一级重点学科和一批高水平的天文学专家学者。本科、硕士、博士……甘为群追随他的导师方成(1995 年当选为中国科学院院士,著名天体物理学家、太阳观测与研究的领军人物)正式踏上了漫长的逐日之旅。
从硕士到博士,甘为群慢慢成为方成团队的重要成员,而太阳塔提供了最好的实践平台。南大与太阳塔之间有近20 公里的路程,路上需要近2 个小时。为完成博士论文,有段时间,他几乎天天往返于学校与太阳塔之间,甚至一度住进了太阳塔宿舍。他获得了大量的太阳观测数据,这给他的博士论文增添了价值很高的第一手资料。
经过长时间的努力,他写出了厚达100多页的长篇论文。在论文的结尾处,他郑重地加上一句话:我要做一个追赶太阳的人。甘为群成为南大天文系培养的第一个天体物理博士。他的博士论文后来发表在美国《天体物理杂志》上,开了南大博士学位论文在该杂志发表的先河。
1989年6月,甘为群成为紫金山天文台的一员,被安排在空间天文实验室,担任助理研究员。当时,他是紫金山天文台新生代中唯一的博士。之后,甘为群获得了德国洪堡学者身份,到德国慕尼黑马普地外物理研究所从事博士后研究。回国后,甘为群继续在空间天文实验室工作,先后担任副研究员和研究员,取得了多项科研成果,获得了多个重要奖项,如中国青年科学家提名奖、中国科学院青年科学家一等奖、国家教委科技进步一等奖等。
随着我国经济社会的快速发展,空间天文太阳观测迎来了一次重要的机遇——1992 年9 月21 日,中央政治局常委会批准我国载人航天工程按“三步走”发展战略实施。
“夸父一号”模拟图
这一期间,搭载神舟二号的空间天文探测仪器计划取得积极进展,并 于2001 年1 月10 日随神舟二号飞船顺利入轨,在轨运行 165 天。神舟二号空间天文分系统的成功,实现了中国空间太阳天文观测零的突破。
2004 年7 月18 日至25 日,国际空间研究委员会(COSPAR)第35届世界空间科学大会在法国首都巴黎召开。甘为群以紫金山天文台副台长的身份参加了大会。会议期间,中法双方经友好商议,联合提出了中法合作“太阳爆发探测小卫星(SMESE)”的概念。这一国际合作,非常有助于加快我国空间太阳探测的进程。但法方由于项目安排方面的冲突,于2009 年初正式通知中方终止SMESE项目合作。
这给甘为群当头一盆冷水。空间领域的国际合作谈何容易!他在追逐太阳的道路上屡屡受挫,难免有些懊恼,冷静下来,甘为群决心永不放弃,另辟蹊径。
山积而高,泽积而长。经过大量的调研和科研工作,2011 年,甘为群胸有成竹地提出了中国第一颗综合性太阳探测卫星——“先进天基太阳天文台(ASO-S)”的概念。恰巧,中国科学院启动了空间科学战略性先导专项计划。甘为群抓住机遇,将“ASOS”整体打包(1+3,即1 个概念性研究加3 个载荷方案研究)申报了该计划的第二批预先研究项目。最终,“ASO-S”卫星概念及有关三个载荷作为一个整体,于2011 年正式获得中国科学院空间科学战略性先导专项计划的支持,列入预先研究项目。
跨出可喜的第一步,甘为群团队趁热打铁,随即进行预先研究,终于找到了“通天之路”——提出了“ASO-S”的科学目标——“一磁两暴”:一磁是指太阳磁场;两暴是指太阳上两类最剧烈的暴发现象——耀斑和日冕物质抛射,即同时观测太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射,研究其形成机理、相互作用和彼此关联,揭示太阳磁场演变导致太阳耀斑和日冕物质抛射暴发的内在物理联系,同时为灾害性空间天气预报提供支持。在之后的答辩中,“ASO-S”项目获得了背景型号答辩打分的第一名。甘为群凯旋而归。但还未来得及庆祝,一个意外的消息很快从北京传来,有关方面以“有不同意见”为由,竟没有批准“ASO-S”进入背景型号研究。
一周后,甘为群获准赴京参加由中国科学院副院长阴和俊亲自主持的国家空间委员会关于背景型号项目遴选的终极会议。会上,甘为群充分利用15 分钟的汇报时间,向评委扼要介绍“ASO-S”项目的全貌,特别是强调项目的重要性和紧迫性。会议的讨论环节,中国工程院院士、国家航天局原局长栾恩杰第一个发言:“今天这4 个项目中,如果只能上1个,我建议上‘ASO-S’。”
最终,“ASO-S”获准进入背景型号研究。接下来是马不停蹄地准备立项材料。也许是好事多磨,正当背景型号项目材料准备得差不多的时候,甘为群突然接到通知:对不起,原先承诺的背景型号经费无法落实!
“巧妇难为无米之炊”。甘为群为此煞费苦心,先是从台里有限的经费中挤出360 万元,接着又向国家基金会提出资助申请。在他的不懈努力下,国家基金会投票通过了“ASO-S”资助申请,给了865 万元。后来中国科学院又补了240 万元。这样,研究经费基本落实了。
2014 年1 月1 日正式启动“ASO-S”背景型号研究,伴随着经费的逐步落实,工作也走上正轨。项目进行一年后,由所谓第三方负责的中期评估,“ASO-S”的评分最低!得分最低意味后续资金难以到位,项目面临自生自灭的严重危险!
甘为群大为不服,但无可奈何。他对他的团队说:“我们豁出去了,困难再大也要依靠自己的力量搞下去!”
2016年年中,中国科学院组织对空间背景型号项目的结题验收和综合论证。专家们听了甘为群关于“ASO-S”背景型号项目实施情况的汇报,审阅了堆积如山的研究报告和技术文档,还现场查看了部分原理样机和样件,对“ASO-S”背景型号阶段的工作与成果,一致给予高度评价。“ASO-S”成为进入卫星工程立项程序的两个项目之一。2017 年年底,中国科学院正式批复“ASOS”卫星工程立项。
太阳终于升起来了。阳光占据了甘为群的心房。
最美人间四月天。
2018 年4 月11 日,甘为群接到中国科学院的聘任书,聘任他为“先进天基太阳天文台”卫星工程首席科学家。他的心情像草长莺飞的自然界一样美丽,又像忙于春播的农民一样时不我待。
甘为群利用主抓预先研究和背景型号研究对情况比较熟悉的优势,除了协助卫星工程总体和卫星系统组建卫星工程研制团队外,他重点着手组建卫星科学团队,包括组建卫星科学应用系统。
这期间,传来了一个让甘为群且惊且喜的消息——他的导师方成院士带领南京大学的天文团队及长春光机所的技术团队,与航天八院联合提出,构建一个超高指向精度和超高稳定度的卫星平台,开展高精度的太阳观测。2021 年10 月初,双超平台太阳光谱成像观测项目开展卫星征名活动,确定该探日卫星为“羲和号”。
同年10 月14 日,“羲和号”卫星发射升空。导师的探索精神和探日成果,对甘为群既是极大的鼓舞和鞭策,又是巨大的压力。
三个载荷是太阳观测的“三大法宝”,同时也是技术上的“三座堡垒”。在甘为群的感染下,研制团队燃起高昂的斗志,踏上了攻关攀登之路。这三座堡垒分别由邓元勇科学家团队、张哲任主任设计师的科学家团队、陈波任主任设计师的科学家团队,团结奋战,最终攻下。
其实,在三个载荷的研制过程中,技术难度只是一个方面。
就在“ASO-S”载荷研制最为关键的时候,新冠病毒肆虐全球。这给本来时间十分紧张的研制工作雪上加霜。甘为群要求各研制单位积极应对、科学安排,并通过“远程视频”等形式,及时进行线上讨论、信息沟通、情况汇报,确保“抗疫”与“研制”两不误。
在“ASO-S”载荷的研制期间,西方一些国家对中国实行所谓的制裁。但三个研制单位最终攻克了芯片难题,研制成功了怀抱“中国心”的高质量卫星载荷。
卫星的研制属于重大系统工程,至少涉及几百名科技人员。此外还有工程总指挥和总设计师,以及工程总体、总体办公室、中科院主管机关等。中科院上海微小卫星创新研究院作为卫星系统总设计师单位,发挥了至关重要的作用。看着整个团队的奋力拼搏与团结协作,甘为群常常感慨:“我们这些幕前人,更应该看到那些在幕后兢兢业业付出的人,他们是最辛苦的人!”
在科学的道路上,没有平坦的大路可走,只有那崎岖小路上攀登的不畏劳苦的人们,才有希望到达光辉的顶点。在卫星载荷研制成功后,甘为群并没有松一口气,继续带领黄宇、苏扬、封莉等年轻的科学家团队,夜以继日地做好卫星发射前的各项工作,并为卫星升空后的科学研究进行提前准备,自行开发各种软件。
2022 年7 月11 日,中国科学院发布的“先进天基太阳天文台”征名活动启事,一下子吸引了全国人民的眼球。征名活动得到广泛响应,在短短的两周中,共征集到25000多份起名提案,经两轮评选,最终确定“ASO-S”的中文昵称为“夸父一号”。
2022 年10 月9 日,“夸父一号”冲向苍穹,奔向远方。
重量859千克的“夸父一号”已运行在高720千米的太阳同步轨道上,将连续4年、24小时对太阳进行不间断的多波段、高质量的观测……
黎明时的大漠格外壮观。一轮火红的朝阳喷薄欲出,万道霞光从东方射出,沙漠上闪现出一片金光。
经过40多年的探索,中国没有太阳探测专用卫星的历史随着“夸父一号”的发射而被改写,成为国际太阳空间探测大家庭的一员。
有了这颗卫星,科学家可以持续地对太阳活动进行监测,至少提前40个小时得到信息,从而及时做出相关的防护举措。当记者请甘为群用最简短的语言表达自己此时此刻的心情与愿望时,甘为群脱口而出:“面向未来,向日而行。逐日之旅,正在路上……”