學(xué)校部分師生與“信使號(hào)”流星雨試驗(yàn)火箭合影

“人工流星雨”的軌跡劃破夜空(長(zhǎng)曝光堆疊合成)

　　日前，英仙座流星雨迎來(lái)年度極大值，戈壁深處的夜幕卻因一場(chǎng)科技奇觀更添璀璨。8月12日22時(shí)30分，“信使號(hào)”流星雨試驗(yàn)火箭直沖云霄，在高空綻放60簇?zé)肓夜鈭F(tuán)。這些“人工流星”與自然流星交相輝映，緩緩灑落于深邃天幕，標(biāo)志著中國(guó)首次“人工流星雨”試驗(yàn)圓滿成功，沙漠環(huán)線上數(shù)千名游客共同見(jiàn)證了這一震撼時(shí)刻。

　　這場(chǎng)夜空盛宴的締造者，是西安電子科技大學(xué)空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院謝楷教授帶領(lǐng)的“空天電子技術(shù)”團(tuán)隊(duì)。長(zhǎng)期以來(lái)，他們穿梭于實(shí)驗(yàn)室與戈壁之間，以千百次仿真試驗(yàn)積累技術(shù)微光，將冰冷的推進(jìn)劑、芯片與算法，轉(zhuǎn)化為這場(chǎng)可觸可感的“流星雨”。

　　科技“復(fù)刻”流星雨有何意義?

　　自然流星的隨機(jī)浪漫引人向往，為何要耗費(fèi)心力以科技“復(fù)刻”?

　　謝楷教授的解讀揭示關(guān)鍵：“掌握人工造流星的技術(shù)，本質(zhì)是擁有調(diào)控天象的能力，其價(jià)值遠(yuǎn)超表面浪漫。”

　　在科學(xué)研究領(lǐng)域，“人工流星雨”的成功發(fā)射，讓人類(lèi)首次具備向空間主動(dòng)注入物質(zhì)的能力。團(tuán)隊(duì)可向特定區(qū)域發(fā)射人造流星群，人為擾動(dòng)、干預(yù)電離層;還能在流星燃燒時(shí)注入稀有示蹤離子，通過(guò)觀察示蹤離子的擴(kuò)散軌跡，探究高層大氣與電離層中未明確的物質(zhì)輸運(yùn)、能量耦合機(jī)制，為空間科學(xué)、地球物理、電磁學(xué)等領(lǐng)域開(kāi)辟新研究路徑。

　　應(yīng)用層面，自然流星在高空燒毀后形成的“流星余跡”，可反射無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)“流星余跡通信”——這種方式隱蔽可靠，是極端條件下的儲(chǔ)備通信手段，能在常規(guī)通信中斷時(shí)保障遠(yuǎn)距離保底通信。但自然流星存在時(shí)間短、出現(xiàn)概率低，數(shù)據(jù)傳輸率僅約2kbps(每秒100個(gè)漢字)，發(fā)送一條短信息常需等待數(shù)小時(shí);而“人工流星”可精準(zhǔn)調(diào)控位置、時(shí)間與數(shù)量，還能通過(guò)調(diào)配燃燒成分，讓尾跡電子密度更高、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)信息連續(xù)傳輸，為應(yīng)急通信主動(dòng)“補(bǔ)給”。

　　“人工流星”如何誕生?

　　打造“人工流星雨”，遠(yuǎn)非將燃燒物送上天那么簡(jiǎn)單。團(tuán)隊(duì)首先要突破兩大核心技術(shù)：一是通過(guò)火箭推進(jìn)，讓“人工流星”達(dá)到與自然流星相當(dāng)?shù)某跏妓俣群透叨?二是借助特殊高能化學(xué)反應(yīng)，模擬自然流星數(shù)千攝氏度的高溫燃燒過(guò)程。同時(shí)，為區(qū)分自然流星、滿足觀測(cè)需求，需在燃燒物質(zhì)中摻入含特征光譜的金屬示蹤劑。此外，高速投放、氣動(dòng)穩(wěn)定、熱焰防護(hù)等難題，曾讓項(xiàng)目險(xiǎn)些在發(fā)射申請(qǐng)階段夭折。

　　關(guān)鍵時(shí)刻，謝楷團(tuán)隊(duì)主動(dòng)攻關(guān)，聚焦新一代流星燃料點(diǎn)火發(fā)射系統(tǒng)?；陂L(zhǎng)期等離子體技術(shù)積累，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出全新點(diǎn)火機(jī)理——利用特定頻率強(qiáng)電場(chǎng)與含能材料中高價(jià)氧化學(xué)鍵產(chǎn)生共振效應(yīng)，將傳統(tǒng)“點(diǎn)火”變?yōu)?ldquo;發(fā)火”。這一突破讓化學(xué)反應(yīng)從物質(zhì)內(nèi)部激發(fā)，不僅實(shí)現(xiàn)含能物質(zhì)“冷態(tài)”發(fā)火與真空環(huán)境可靠引燃，更將電能消耗降至傳統(tǒng)火工品的1/50至1/100，滿足60枚流星簇同時(shí)發(fā)射的電流需求。

　　試驗(yàn)推進(jìn)中，時(shí)間壓力接踵而至。團(tuán)隊(duì)需在極短周期內(nèi)完成從概念驗(yàn)證、系統(tǒng)研發(fā)、地面試驗(yàn)到上天應(yīng)用的全流程攻關(guān)，還要實(shí)現(xiàn)技術(shù)成熟度從3級(jí)到6級(jí)的“三跳級(jí)”。為此，他們將電氣系統(tǒng)研發(fā)節(jié)點(diǎn)精確到天，為試驗(yàn)火箭定名“信使號(hào)”，采用二級(jí)固體火箭改裝方案——在原二級(jí)火箭位置加裝專(zhuān)用發(fā)射艙段，內(nèi)置60個(gè)徑向排列的流星體發(fā)射裝置。

　　為趕在8月12日發(fā)射Deadline(最后期限)前交付，團(tuán)隊(duì)面臨更大挑戰(zhàn)：電氣系統(tǒng)總裝測(cè)試流程環(huán)環(huán)相扣，無(wú)任何彈性時(shí)間，按原計(jì)劃推進(jìn)必將延誤;縮減環(huán)境試驗(yàn)則不符合航天規(guī)范。工藝負(fù)責(zé)人張寶老師果斷決策：拆分熱密封工藝與后續(xù)測(cè)試，讓“工藝在路上完成”。點(diǎn)火器需特殊耐熱材料密封(承受瞬時(shí)1000℃高溫)，而材料固化需24小時(shí)——團(tuán)隊(duì)在材料初步固化4小時(shí)、確保不流淌后立即啟運(yùn)，利用運(yùn)輸時(shí)間完成剩余20小時(shí)固化，抵達(dá)總裝地后補(bǔ)全后續(xù)試驗(yàn)，成功搶出關(guān)鍵時(shí)間窗口。

　　8月12日22時(shí)30分，搭載60顆“人工流星”的火箭準(zhǔn)時(shí)發(fā)射?；鸺蘸?，60顆流星分批次在預(yù)定高度綻放，觀測(cè)團(tuán)隊(duì)不僅記錄下30枚流星簇同時(shí)綻放的震撼瞬間，還捕捉到“人工流星”與自然流星同框的畫(huà)面，精準(zhǔn)驗(yàn)證了二者光譜特征存在明顯差異的任務(wù)目標(biāo)。

　　此次“人工流星雨”試驗(yàn)，不僅實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火機(jī)理、高效調(diào)控等多項(xiàng)技術(shù)突破，更開(kāi)創(chuàng)“前沿需求驅(qū)動(dòng)、教學(xué)科研融合”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，為中國(guó)航天技術(shù)應(yīng)用與人才培育寫(xiě)下新注腳。

　　文/記者任娜 通訊員劉思琦 圖/受訪者提供