邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[去科技馆学科学]逐梦星空

王剑薇/中国科学技术馆

2019-12/总第285期

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20世纪50年代,新中国的航天事业在西方封锁、苏联撤走援助的情况下开始了艰难创业。沿着自力更生的道路,几代航天人披荆斩棘,忘我拼搏,实现了中国航天跨越式的发展。在2017年颁布的《义务教育小学科学课程标准》中,有“了解人类对宇宙的探索历史,关注我国及世界空间技术的最新发展”的要求和学习目标。在中国科技馆“庆祝新中国成立70周年科技成就科普展”里,就有一个专门的“逐梦星空”展区,通过运载火箭、人造卫星、载人航天、探月工程4个方面,较为系统地展示了我国的航天事业,在一代代航天人一步一个脚印的不懈奋斗中所创造出的累累硕果,以及将“一切为了祖国,一切为了成功”镌刻在浩瀚太空的航天精神。

长征系列火箭

发展航天,运载先行。“火箭的运载能力有多大,航天的舞台就有多大。”展品通过1∶20的火箭模型和背后的图文展板,展示了我国成功建立的较完备的运载火箭系统。

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图1 展品“长征系列火箭”

为什么用“长征”命名

火箭设计之初,大家都在想给火箭起个什么名字。中国运载火箭技术研究院有感于毛主席著名的《七律·长征》中表现出来的红军为实现革命目标,藐视一切困难、不惧任何艰难险阻的顽强斗志和勇往直前、不怕牺牲的大无畏精神,提出建议并经批准,将火箭命名为“长征”,寓意我国火箭事业一定会像红军长征一样,克服任何艰难险阻,到达胜利彼岸。

历经了怎样的“长征路”

在中国火箭研究刚刚起步时,西方报纸曾蔑称,原子弹是“弹”,运载火箭是“枪”,中国人现在是“有弹无枪”,不足为惧。从长征一号运载火箭历经100多次发动机试车失败到今天,长征火箭家族实现了从串联到捆绑、从一箭单星到一箭多星、从发射卫星到发射载人飞船的巨大发展,已经发射300余次,成功地将500多个航天器送上了太空。从第1个100次发射用时37年,到第3个100次仅用时4年3个月,折射出的是中国航天的高速发展和中国科技水平、综合国力的快速提升。

第1颗人造卫星——东方红一号

1970年4月24日,中国自行研制的长征一号火箭在酒泉卫星发射中心将我国第1颗人造地球卫星“东方红一号”成功送入太空,开创了中国航天史的新纪元。东方红一号主要用于卫星技术试验、探测电离层和大气层密度,卫星上的电子乐音发生器通过20 MHz短波发射系统反复向地面播送《东方红》乐曲的前8小节。

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图2 展品“第1颗人造卫星——东方红一号”示意图

东方红一号是我国人民在攀登现代科技高峰的征途中创造的奇迹,也是我国历史长廊中令人难忘的岁月。展品由动态的东方红一号卫星模型、自转的地球、模拟的老式收音机等组成。观众调节收音机,在收音机上标识的频段内播放《东方红》乐曲。通过模型演示和情景再现,使观众了解我国第1颗人造地球卫星,带观众回到过去,感受当熟悉的旋律从遥远的宇宙传来时的民族自豪感,铭记科技工作者永恒的奉献。

1965年,北京卫星制造厂被党和国家赋予了参加研制我国第1颗人造地球卫星的光荣使命。但在当时,研制卫星所需的物质条件十分缺乏,没有铆枪,更没有固定工件的桁架,工人们就靠一把把小锤,用自己的身体当桁架,将铆钉一个个敲上去。很多的困难都是靠科技人员因陋就简、土法上马、群策群力解决的。卫星上天后,许多国际友人来参观,当时的环境条件让参观者大为感叹:“东方红一号能诞生,是个奇迹!”

东方红一号卫星是近似球形的72面体,质量173千克,直径约1米,通过不断旋转保持姿态稳定,每分钟旋转120转;外壳采用有温控效果的铝合金材料,装有4条2米多长的鞭状超短波天线,底部有连接运载火箭用的分离环。它沿着一条椭圆轨道每114分钟围绕地球飞行1圈,近地点439千米,远地点2 384千米。

暗物质粒子探测卫星——悟空

暗物质问题是目前的科技前沿,2015年12月17日,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空,这是我国首颗专门用于基础科学研究的探测卫星,在太空中开展高能电子及高能伽马射线探测任务,探寻暗物质存在的证据,是目前世界上观测范围最宽、分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。

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图3 展品“暗物质粒子探测卫星——悟空”示意图

展品由环形展台、2个互动屏幕、剖面卫星模型等组成。剖面卫星模型直观展示“悟空”的结构,结合模型和互动屏幕,观测入射粒子的种类、电荷、能量及方向,了解悟空号在基础科学研究方面的成果,以及什么是暗物质,为什么探测、如何探测暗物质等。通过暗物质研究历程体悟人类在浩瀚的宇宙面前是渺小的,但人类的探索精神是伟大的。

为什么要研究暗物质

根据最新天文观测结果,宇宙中95.1%以上是人类还没弄清楚的暗物质(26.8%)和暗能量(68.3%),剩余不到4.9%是普通物质。如果把现代物理学和天文学比作“晴朗天空”,那么暗物质和暗能量则被看成“两朵乌云”。科学家相信,找到暗物质和确定暗能量性质将是这个世纪物理学最重大的发现,从而驱散“两朵乌云”,同样也会引起物理学的又一次革命。

为什么被命名为“悟空”

悟空是中国名著《西游记》中齐天大圣的名字,“悟”有领悟的意思,“悟空”有领悟、探索太空之意;另一方面,暗物质粒子探测卫星的探测器犹如悟空的火眼金睛,可以在茫茫太空中识别暗物质的踪影。

“悟空”长什么样

“悟空”的体积只有1.5米×1.5米×1.2米,比1张办公桌大不了多少,可它的分量却不轻,足足有1.85吨,其中有效载荷1.4吨,这是因为它有着极其复杂的内部结构。“悟空”的科学探测有效载荷主要分为4层,从上往下依次是塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测器,整个探测器有42 000路电子学读出电路,168路高压电源和接近8万路探测器通道数。如此复杂的结构都要安装在1立方米的狭小空间里,真可谓是巧夺天工。

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图4 宇宙的组成

星空浩瀚无比,探索永无止境。在迈向世界航天强国的征程上,中国航天人始终如一的航天精神,如同一个个火箭助推器,托举着中国航天不断向上、向前。如今,悟空、嫦娥、天宫⋯⋯这些凝结着先祖想象的名字,都已成为一个个航天重器,巡弋于九天之上。“天上一天,地上一年”,这不是神话,这是对航天事业艰辛的刻画。始于梦想,基于创新,成于实干,这就是新中国的航天事业。

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