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【文汇报】暗物质卫星两大创新点出自上海
2015-12-18 | 【     】【打印】【关闭

来源:文汇报 记者:许琦敏

  今天上午8点12分,长征二号丁运载火箭携带我国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”奔向高约500公里的晨昏太阳同步轨道。记者获悉,在“悟空”的三大创新点中,有两大创新点出自上海。其一是卫星结构采用了全新设计,有效载荷比高达3.2∶1,居国内领先;其二是重量占卫星有效载荷一半的BGO量能器。
  
“量体裁衣”创新卫星设计
  整星重量1850公斤,载荷重量竟占了1400公斤!留给卫星所有姿态控制、热量控制等系统的重量只有450公斤,这怎么可能?但中科院上海微小卫星工程中心却把这种“不可能”变成了“可能”。
  在设计暗物质卫星时,该中心提出了“以载荷为中心,一体化设计”的全新理念。中心主任相里斌说,就是根据卫星载荷来“量体裁衣”。在新的理念下,卫星就好像为载荷穿上一件衣服——先看载荷的“身材”,再根据其需求,将卫星的各种系统“分散”在载荷周围,最终包覆成一个立方体的形状。
  “而且,我们可以根据不同仪器设备的需求,设计出个性化的卫星‘外衣’。”暗物质粒子探测卫星科学有效载荷主管设计师董磊介绍,比如暗物质卫星中很多设备的热容不同,有的特别怕热,有的又特别能产生热量,所以更要求整颗卫星温度均衡,“我们在设计时,就会特别考虑,使设计更符合载荷需求。”
  让卫星的设计为载荷服务,而不是让载荷去迁就卫星,是国际卫星发展的一种趋势。相里斌说,这将使卫星和运载的成本大幅降低。
  
“独门绝技”获取BGO“巨无霸”
  在采访暗物质卫星时,每次提到创新点,卫星中超大尺寸的锗酸铋晶体BGO,是一个必被提及的亮点。它的诞生地,就在中科院上海硅酸盐研究所。
  由中国科大负责研制的BGO量能器,主要用于探测入射粒子的能量。如果把BGO量能器比作暗物质卫星的眼睛,那BGO晶体就是视网膜。在整个设备中,共有308根2.5厘米见方、长达60厘米的BGO晶体,分14层,每层22根,重达824公斤。
  60厘米长的BGO晶体,目前全世界只有上硅所一家能做。在中科院上海硅酸盐研究所开展60厘米长晶体制备研究前,国际上仅能提供40厘米的毛坯晶体,更长尺寸的晶体生长存在难以逾越的技术瓶颈。该所陈俊锋博士介绍,科研人员采用独特的晶体生长设备和工艺,解决了原料预处理、晶体生长、晶体加工及晶体性能测试等一系列关键技术问题,历时2年先后实现了60厘米长晶体的成功制备和量产。
  “由于晶体尺寸变大,使BGO两端读出电子学线路大大减少,使得量能器系统的可靠性得到成倍的提高,并降低量能器的能耗。”陈俊锋说,日本CALET探测谱仪所用的是32厘米长的钨酸铅晶体,与之相比,“悟空”的探测效率是它的近4倍。

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