“懷柔一號”科學衛星成功發射

本報訊（記者張航）今天凌晨4時14分，我國在西昌衛星發射中心成功發射引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星。這是北京懷柔綜合性國家科學中心空間科學實驗室挂牌后的首個科學衛星發射任務，該衛星也被命名為“懷柔一號”。

今天凌晨4時14分，我國在西昌衛星發射中心用長征十一號運載火箭，將引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星送入預定軌道，發射獲得圓滿成功。這是北京懷柔綜合性國家科學中心空間科學實驗室挂牌后的首個科學衛星發射任務，該衛星也被命名為“懷柔一號”。新華社發

引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星（簡稱GECAM衛星）由中國科學院空間科學二期先導專項部署研制。該專項是中科院“率先行動”計劃的重要組成部分。此前的一期專項已成功發射了“悟空”、“墨子”、“慧眼”、“實踐十號”等科學衛星。2019年8月31日，二期專項首顆技術驗証衛星——微重力技術實驗衛星“太極一號”成功發射，邁出我國空間引力波探測奠基性的第一步。

此次發射的衛星由2顆小衛星組成。它們採用共軛軌道的星座布局，將全天監測引力波伽馬暴、快速射電暴高能輻射，特殊伽馬暴和磁星爆發等高能天體爆發現象，推動破解黑洞、中子星等致密天體的形成和演化，以及雙致密星並合之謎。此外，衛星還將探測太陽耀斑、地球伽馬閃和地球電子束等日地空間高能輻射現象，為進一步研究其物理機制提供科學觀測數據。

作為北京懷柔綜合性國家科學中心空間科學實驗室挂牌后發射的首個科學衛星任務，中國科學院與北京市人民政府共同將GECAM衛星命名為“懷柔一號”。“懷柔一號”衛星還有一個昵稱——“極目”，兩顆小衛星“小極”和“小目”分布於地球兩側，形成兩“極”之勢，猶如二“目”，將對黑洞、中子星等極端天體的劇烈爆發現象進行觀測，快速下傳並發布觀測警報,引導國內外科學家利用各類望遠鏡進行后隨觀測。

據介紹，GECAM衛星工程任務由中國科學院負責組織實施，國家空間科學中心負責工程大總體和地面支撐系統的研制建設，微小衛星創新研究院負責衛星系統研制。用於這次發射任務的長征十一號遙九運載火箭由中國航天科技集團有限公司第一研究院研制，此次任務是長征十一號運載火箭的第11次發射任務。

什麼是伽馬射線爆發?

幾億光年以外，兩顆走到生命盡頭的巨大恆星上演了它們生命力最為燦爛的場景——超新星爆發，之后它們變成了兩顆致密的中子星。每立方厘米的質量達十億噸！

這兩顆中子星彼此吸引，相互繞轉，並逐漸接近，相互繞轉的速度也越來越快，直到它倆最終碰撞到一起。這次相撞的能量如此之高，以至於發出的光超過了它們所在星系所有恆星的光芒——這是一次伽馬射線爆發。伴隨著巨大的伽馬暴，還有一股能量擾動著彎曲的宇宙時空，這股能量就是引力波。

引力波和與之相伴的伽馬暴都攜帶著豐富的物理信息，穿越億萬光年，向我們展現和描繪這一重大物理事件的始末。天文學家通過多種觀測和數據分析手段對其中所攜帶的信息進行解讀，可以檢驗已有的理論模型，發展新的理論模型，從而揭示這一宇宙高能過程的內在規律。

“懷柔一號”有什麼本領?

“懷柔一號”GECAM衛星系統載荷總師李新喬說，遙遠的高能天體源X射線和伽馬射線雖然能量很高，但會被地球大氣大量吸收。因此對高能天體源的探測隻能在大氣層之外的宇宙空間進行。這就讓“懷柔一號”GECAM衛星有了用武之地。它可以敏銳地發現我們所看不見的X射線、伽馬射線以及高能帶電粒子。

李新喬介紹，單顆近地天文衛星受地球遮擋無法實時觀測整個宇宙天區。而“懷柔一號”採取雙星聯合的方式。兩顆GECAM衛星在軌飛行時均背向地球，它們和地心始終保持三點一線。每顆GECAM衛星的視場可以覆蓋除地球遮擋視場之外的所有天區，這樣就實現了全時全天的視場覆蓋，練就了眼觀六路的神通。

此外，GECAM衛星選擇了相對較小的29度傾角，約600千米高的圓軌道，這樣可以較好地避開地球輻射帶和南大西洋高能粒子聚集異常區等背景信號過高的區域。同時，該衛星載荷探測器自身產生的背景信號也保持在較低水平，保証了其對弱天體源光子信號的收集和探測能力。

李新喬自豪地說，“懷柔一號”GECAM衛星將是未來幾年之內在軌運行的監測伽馬暴靈敏度最高的天文衛星。經過了研制人員的精雕細琢，“懷柔一號”練就了“火眼金睛”。

如何從外空發回“短信”?

“懷柔一號”GECAM衛星科學應用系統副總師鄭世界介紹，通常情況下，衛星上探測得到的天文現象和天文數據，必須通過地面的接收天線下傳，地面科研人員才能進一步分析處理。對GECAM衛星來說，它的軌道周期是90分鐘，即約90分鐘繞地球一圈，但每圈中最多隻有10分鐘會經過中國境內的數傳接收站。

同時，由於衛星的自轉以及軌道進動（即由於地球攝動力的影響使衛星軌道發生逐漸的“漂移”），衛星的很多圈次不會經過中國上空，導致最長12小時內地面無法接收到衛星上的觀測數據和信息。因此，星地之間的這條信息線路會發生幾十分鐘乃至十幾小時的斷路，無法將大量重要事件及時傳下來。

如何解決該難題？我國自主研制並建立了星地信息傳遞鏈路，能夠把衛星上探測到的重要事件信息通過“短信”方式准實時發送到地面，啟動快速處理。鄭世界說，“懷柔一號”GECAM衛星的信息傳遞流程是這樣的：宇宙中的天文現象(例如伴隨引力波發生后的伽馬射線暴、磁星爆發等)發生后，產生的高能輻射掃過地球，其高能的光子將被一顆或兩顆GECAM衛星探測到。當這些高能光子流量超過設定的觸發閾值后，衛星會自動開展分析計算，得到具體信息，包括發生的時間、方位、強度等，並立即將這些信息以及關鍵數據發送給星間鏈接系統，並最快在2分鐘內下傳到地面。地面自動處理這些信息后，即可生成暴發事件報告，通過全球伽馬暴坐標網絡對外發布，以便引導其他衛星、地面觀測設備開展觀測。

之后，更詳細的科學觀測數據會通過地面站的接收天線下傳到地面，經過解包、預處理、標定等一系列處理后，生成標准的科學數據產品，以便科學家進行更詳細的科學分析。

此外，“懷柔一號”GECAM的兩顆衛星上天后會逐漸分開，分處於地球的兩端，相隔距離超過1.3萬公裡，它們相互之間沒有直接通訊。這樣，即使兩顆衛星看到了同一個引力波伽馬暴、快速射電暴等，也隻能向地面報告自己的結果。地面上的科學家可以清晰掌握兩顆衛星的觀測情況，如果兩顆衛星探測到了同一個爆發，有了更多的探測數據，就可以得到顯著性更高的結果。

本報記者 張航

中國科學院高能物理所供圖