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十年挂帅闯三关 从艺术中感悟科学

—— 记嫦娥三号卫星粒子激发X谱仪主任设计师 王焕玉

行业聚焦点中国仪表网2014年05月13日 11:41人气:5882


 
  2013年12月6日,当世界瞩目的嫦娥三号卫星所载的探测器——玉兔月球车行驶在月球表面,X射线谱仪开始工作时,中科院高能物理所党委书记、副所长、嫦娥三号卫星粒子激发X谱仪主任设计师王焕玉说:“成绩是高能物理所科研团队共同创造的,功劳也是大伙儿的。成功之后自然很兴奋,但后面还有嫦娥四号、五号在等待我们继续攻关。”
  
  王焕玉率领着科研团队承制了玉兔月球车上的四项有效载荷之一——主动粒子激发X射线谱仪(APXS),是机械臂上唯一的科学仪器。仪器利用携带的激发源,轰击月岩(月壤)表面,对产生的元素特征X射线进行原位探测,被测得的化学元素的X射线能谱就好像人的指纹,通过分析获取月表元素种类、含量,为月球科学研究和可能的利用提供原始数据。谱仪由探头、在轨定标样品、同位素热源和数据采集系统等组成,探头附在机械臂上,具备元素探测、自主激发、距离感知、月夜低温生存和在轨标定等多项功能,性能功能指标在国际同类仪器中处于领先水平。
  
  种种关坎我们都闯过来了
  
  十年前,王焕玉就参与了探月工程立项、X射线探测有效载荷研制工作。从项目论证、主持方案设计、组织技术攻关、全程质量控制和系统集成,到研制中实现准直器设计、扫描成像、本底抑制、距离感知、月夜生存、行星化学元素能谱数据处理方法等,实现了多项科研技术创新,为探月工程做出卓越贡献。
  
  从有关部门了解到,前两次X射线谱仪随着嫦娥卫星绕月探测,已经成功获得了大量科学数据,已经成功观测到100多次太阳X射线耀斑爆发,同时获得了目前国内能量分辨最高的太阳软X射线能谱,其能量分辨和灵敏度等性能指标达到国际先进水平,X射线谱仪已成功探测到月表的镁、铁、钙、铝、钛、锰、铬等元素数据。
  
  回忆嫦娥三号卫星APXS谱仪研制难忘的日日夜夜,王焕玉感慨万千。他说,我们遇到的困难太多了,首先要克服月尘和极端温度困难。月球上温度从零上一百多度到零下一百多度,月球一昼夜是地球上的28天,仪器要在月夜14天里休息,又要月昼14天时工作。月昼高温下要对仪器进行热防护、热传导,保证热不死,月夜低温时要保证供暖,采用某同位素加热,这些都是世界探月史上第一次采用的技术,开启了核探测与核能技术在我国深层空间技术应用。
  
  他说,这台仪器是距离感知,所探测月球样品最近距离为5-30毫米,就像我们在洗手间洗手一样,远了不出水,太近了手就碰壁。仪器在月球上碰壁就是大事故,必须准确无误才行。我们没有国外现成技术,即便有人家对我们也是封锁,给钱都不买来,只有自己干,要克服月球环境下不同温度、角度、粗糙度、成分等多因素影响。现在可以硬气地说,这种种关坎我们都闯过来了!
  
  用最短时间追赶世界最先进
  
  王焕玉所在的中国科学院高能物理研究所,是具有国际影响的大型科研基地。早在1972年9月,周恩来总理就对高能物理研究和高能加速器的预研作出重要批示:“这件事再也不能再延迟了。”1988年10月,邓小平又对高能物理研究发表了“中国必须在高科技领域占有一席之地”的著名讲话。具有光荣历史和传统的高能所,培养造就了一代代勇于创新的科学工作者。
  
  作为所党委书记、副所长、主任设计师的王焕玉以报效祖国的忠诚和一丝不苟的科学精神,开始了实施探月工程探索实践。王焕玉承接的任务是研制嫦娥三号唯一的就位探测仪器,除了要克服极端条件以外,还必须满足体积小重量轻、功耗低的条件限制、具有距离感知、实时定标等功能以及高能量分辨性能,所有这些都是国际航天最先进技术。
  
  谈及未来,王焕玉既有胜利的信心,也有忧患意识。他说:我国真正开展深空探测是从新世纪这十几年才开始的,我们有限的资源在航天上应用先要考虑到国家的经济需求。现在国家的发展战略由资源驱动转向创新驱动,特别需要科学和技术的支撑和引领。探月工程我们是后来者,但是,后来者不能简单地重复前人的工作,落月我们要落在别人没有落过的地方,探测要使用别人没有使用过的探测方法。无数事实证明,凡要掌握国际第一手科学数据,必须要选择创新的技术手段,暂时实现不了原始创新,就琢磨引进消化吸收再创新,总之,必须咬紧牙关,用最短时间去追赶世界先进技术水平。
  
  终点是我们出发的地方
  
  王焕玉长期从事高能物理、粒子天体物理和宇宙线探测与核电子学技术研究,曾任多项课题责任人、重点工程分系统主任设计师、副总师、总指挥。自2003年至今,领导探月工程有效载荷X射线谱仪研究,曾获多项发明专利,还兼任中国科技大学、中科院的教授、博导,中国核仪器协会常务理事、中国空间学会理事、核电子学与探测学会副秘书长、空间探测专业委员会副主任等职。2004年获国家科技进步二等奖,2008年获“中国首次探月工程圆满成功突出贡献”银质奖章,2010年获“探月工程嫦娥二号任务突出贡献者”称号,2011年获全国五一劳动奖章。
  
  10年来,王焕玉习惯了5 2 早出晚归。尽管繁重的党政事务和科研任务占去了他的绝大部分时间,但他仍保持难得的艺术情趣。今年2月1日高能所建所40年所庆,他提笔写下了《沁园春》抒发为国争光的豪情,尔后又撰写了词体长联诗,在《现代物理知识》杂志和中国科学院网站发表。钱学森曾说:“难道搞科学的人只需要数据和公式吗?搞科学的人同样需要有灵感,而我的灵感,许多就是从艺术中悟出来的。”王焕玉杰出的创新成果同样与他丰富的感情世界是分不开的。
  
  采访结束时,王焕玉拿给记者一首诗共勉。诗的作者是一位英国诗人,题目是《四个四重奏》,其中一段这样写道:“我们叫做开始的往往是结束,而宣告结束的就是着手开始,终点是我们出发的地方!”是的,嫦娥三号正在取得辉煌成果,而王焕玉又在为探月工程的下一个目标而思考了。
  
  链接:
  
  X射线是德国人伦琴于1895年偶然发现的一种射线,其特征是波长短、频率高。X射线具有强大的穿透性,这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发出荧光射线,在真空中,高速运动的电子轰击金属靶时,靶就放出X射线,这是X射线管的结构原理。X射线是19世纪末物理学的三大发现之一,此发现标志着现代物理学的产生。
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