不久前，“天关”卫星在轨交付仪式上
由中国自主研制设备观测到的首张全天X射线天图徐徐展开
“天关”卫星首席科学家、中国科学院国家天文台研究员
袁为民的眼眶湿润了
大约10年前
“天关”卫星尚未正式立项时
面对着当时的技术条件下获得的卫星计算机模拟X射线天图
他曾怀着同样澎湃的心情
“我的内心涌起强烈的冲动
一定要把这颗卫星研制出来
去捕捉真实的暂现天体爆发瞬间”
“天关”卫星项目自2012年开始酝酿至2017年12月正式立项
科学家走过了艰苦历程
而在立项前多年的时光里
中国科学家以前瞻性眼光
为“天关”卫星书写了一部宏伟的“前传”
▲“天关”卫星获得的首个X射线全天天图（银道坐标系） 国家天文台供图
这部“前传”可以追溯到2009年
中国科学院高能物理研究所研究员张双南前往英国莱斯特大学访问
该校教授乔治·弗瑞泽向他介绍了“龙虾眼”望远镜
亲自动手计算后的结果
让张双南立刻认识到这种新型望远镜技术的发展前景
作为X射线天文学中最先进、难度最大的技术之一
“龙虾眼”望远镜的概念始于20世纪70年代
美国科学家受到龙虾眼睛特殊结构的启发
设计出由许多微小管道组成阵列的结构
可以让X射线发生多次反射而最终汇聚成像
实现广阔的视角
当时，这项技术还处于实验室阶段
尚未在太空中得到应用
张双南得到中国科学院国家天文台的支持
在国家天文台创立了X射线成像实验室并担任首席研究员
开始组建团队开展“龙虾眼”微孔X射线成像技术研发
从此，他一直与“龙虾眼”相伴相行
卫星项目正式立项后还担任了项目顾问
他还邀请在清华大学结束博士后工作的张臣和凌志兴加入
张臣负责“龙虾眼”微孔成像技术研究
凌志兴主攻与之相匹配的X射线探测器
这些前期探索
为后来“天关”卫星项目的提出和“龙虾眼”望远镜的研发
奠定了坚实的团队和技术基础
▲国家天文台X射线成像实验室X射线束流测试装置 国家天文台供图
2011年初
中国载人航天工程征集空间站科学载荷项目时
张双南提出了“空间站软X射线全天监视器（ASM）”的构想
刚刚加入国家天文台的袁为民接到了这个任务
负责ASM项目的论证
袁为民最初只拿到了一页纸
他一眼便认出
纸上的一幅图
画的是欧洲空间局的一个卫星建议项目
▲袁为民（右二）带领国家天文台“天关”卫星团队访问莱斯特大学 国家天文台供图
时光再倒退10年
2001年在日本参与研制国际空间站“X射线全天监视器（MAXI）”的袁为民
第一次听说了“龙虾眼”技术
袁为民很快意识到
这是探测当时鲜为人知的“黑洞潮汐瓦解恒星”事件最有效的技术
两年后
在国际空间站“龙虾眼监视器（Lobster-ISS）”科学讨论会上
他作了关于“潮汐瓦解恒星”事件探测可行性的报告
他最终将这一建议写入Lobster-ISS的科学目标
“没想到，10年后，我能与‘龙虾眼’结缘
有幸在自己的国家参与这一新技术的研发和应用
这要感谢张双南教授、张臣博士和凌志兴博士！”
从2011年初开始
袁为民和张臣、凌志兴投入全部时间和精力
从科学目标论证入手
逐步完成仪器设计、性能模拟计算等
一年多后
他们提交了一份5万多字、长达70多页的报告
“X射线-紫外全天监视器”建议书
袁为民为项目负责人
他们更没想到的是
又一个十年里
他们亲手打造出带着“龙虾眼”的卫星
但是由于空间站科学应用项目进展缓慢
团队似乎来到一个十字路口：
是继续坚持，还是放弃
几个人心里很清楚
他们面对的将是一场“豪赌”
如果输了
他们会浪费学术生命中最宝贵的一段时间
“对于一名天文学家而言，
将望远镜送入太空的机会可能一生只有一次
如果放弃
我们可能会永远失去这个机会
更重要的是
也将失去中国在X射线时域天文学上领先的机会”
他们欣然接受“赌局”
决定咬牙继续坚持
争取实现技术上的突破
▲国家天文台“天关”卫星团队成员袁为民（中）、张臣（左）、凌志兴（右） 国家天文台供图
转折点在2012年12月7日
袁为民得知
中国科学院正在征集
空间科学先导专项二期中小型卫星背景型号项目
他给张双南和张臣发了一封电子邮件
提出研制一颗卫星的想法
“我们可以在现有为空间站设计的监视器的基础上
增加一个小视场望远镜
这会为暂现源的物理研究带来巨大帮助
当然，这样做会伴随一定风险
即使不增加，也会有开创性的成果”
他很快收到张双南的回复：
“这是一个不错的提议。”
从此，他们的目标
从一台空间站搭载的载荷“升级”为一颗卫星
在一次由国内外专家参加的头脑风暴讨论会上
卫星的科学目标被确定下来
包括暂现天体巡天、黑洞吞噬恒星、引力波电磁对应体
这些目标一直延续至今
由于卫星的科学目标都是爱因斯坦相对论的预言
张双南还提议
这颗卫星就叫“爱因斯坦探针”！
10多年后的今天
为充分体现中国在暂现天体观测记录方面
具有深厚渊源
对世界天文学具有卓越贡献
卫星定名为“天关”
2013年1月科研团队如期提交申请书
依靠先进的科学目标、创新的技术和扎实的论证
卫星终于在2013年6月获得空间科学先导专项二期背景型号的入场券
袁为民担任卫星首席科学家
2014年至2016年
项目处于背景型号研究阶段
开展科学目标论证、关键技术攻关和载荷初步设计
科学目标论证至关重要
空间卫星研发周期很长
这决定了他们不仅要证明这颗卫星在当前是先进的
更要确保它在未来多年内仍然领先
为此
袁为民组建起一个由60多位专家组成的科学工作组
还邀请几位知名学者作为顾问
同样重要的是
设计什么样的载荷仪器才能实现这些科学目标
这是一个不断迭代的过程
科学团队向仪器团队提出科学需求
再根据仪器团队的设计反馈评估目标是否能实现
如何突破核心关键技术？
如何在技术边界和经费限制的约束下
仍然确保科学研究能够达到国际一流？
袁为民、张臣和团队遇到前所未有的挑战
2014年5月
袁为民等学者与“国际空间科学研究所-北京分部”
联合举办了一场国际论坛
“天关”卫星的科学前景、设计和技术进展
获得国际顶尖科学家的高度认可
卫星首次被推向国际舞台
经过两年半艰苦卓绝的努力
团队终于完成了背景型号研制
▲2014年5月，在国际空间科学研究所-北京分部召开的探索动态X射线宇宙论坛合影 国家天文台供图
接下来又是一年半艰难的立项论证阶段
项目得到了国内外同行大力支持
正是这些“前传”背后的基础、努力和推动
才使得项目能够在2017年12月正式立项
今天的“天关”卫星才得以在太空翱翔！
来源：中国科学院国家天文台
责任编辑：王颖
