日前,从中国科学院国家空间科学中心传来一系列关于“天关”卫星的好消息:发现新型X射线暂现天体,为理解这类神秘暂现天体提供关键线索;探测到银河系内X射线暗弱爆发天体,为人类发现恒星级黑洞开辟新途径……
浩瀚苍穹中,那些遥远、暗弱又转瞬即逝的宇宙X射线,是人类探秘宇宙的重要线索。要想捕捉这些射线,必须拥有能看得广、看得远、看得清的“眼睛”,而这正是“天关”卫星具备的重要特点。
“取得这些发现,主要归功于我们为‘天关’卫星量身定制的微孔龙虾眼X射线聚焦成像技术。”中国科学院国家天文台研究员、“天关”卫星首席科学家袁为民向科技日报记者介绍,该技术不仅让卫星具备极大的视场——一次定点观测即可覆盖约十一分之一天区,还大幅提升了卫星的探测灵敏度和定位精度,让其性能远超国际同类设备。

细磨“广角镜”
为什么要给卫星装上“龙虾眼”?这就要从龙虾的眼睛说起。
中国科学院国家天文台研究员张臣介绍,龙虾的眼睛拥有广阔的视野和独特的聚焦机制,里面有无数细小的方管,管壁光滑,且全部指向同一个中心。光线射入后,经管壁反射,能精准聚焦到视网膜上。
美国天文学家基于此提出设想:模仿龙虾的眼睛,研制一台既可覆盖大视场又能聚焦的X射线望远镜。但几十年过去,这一设想始终未能实现。
“主要原因是技术难度太大。”张臣解释,X射线的能量极高,很容易穿透观测设备,无法像可见光那样,通过反射或折射实现聚焦。因此,想让“天关”卫星拥有“龙虾眼”,关键是要造出结构类似于龙虾眼睛的聚焦镜头,而镜头的核心则是镜片。
“当时这种镜片只有法国一家公司能够生产,可对方不仅报价高昂,还无法保证质量。”张臣告诉记者,“最后我们下定决心,走自主研发这条路!”
恰在这时,团队曾调研过的北方夜视技术股份有限公司主动上门,提出希望合作研制“龙虾眼”光学器件。双方一拍即合,镜片研制工作驶入快车道。
“着手研发时才知道,镜片的精度要求有多高。”张臣伸出手指比划,“4厘米×4厘米的面积上要集成近100万个方孔,每个方孔的排列方向都需要精确设计。”
研发初期,团队制出的镜片性能很差,连X射线成像都很困难,完全无法投入应用。再到后来,镜片虽然能成像了,分辨率却远达不到要求,甚至连聚焦的“十字形”都看不清。
面对这样的困境,团队只能“死磕”:一遍遍优化设计,一次次改进工艺。“那时,我们压力非常大,觉都睡不好,但大家都憋着一股劲,一定要把它做好。”张臣已经记不清有多少天在实验室中彻夜奋战。