這是一支很少被外人看到的團隊。科技論文里很少有他們的名字,新聞發(fā)布會上也很少有他們的身影。但他們隨叫隨到,一年365天無休,手機24小時不靜音。
胡鈦是這個團隊的“頭兒”——中國科學院國家空間科學中心科學衛(wèi)星綜合運控中心團隊負責人、主任。2月13日,團隊被評為“2022年中國科學院年度團隊”,胡鈦笑著說:“這大概是我們多年支撐科學衛(wèi)星運行的‘苦勞’吧?!?/p>
力挺“夸父”
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2月16日下午三點,中國科學院國家空間科學中心科學衛(wèi)星綜合運控中心(以下簡稱綜合運控中心)的綜合運管間,地面支撐系統(tǒng)總體技術分系統(tǒng)副主任設計師張薇和工程師曹中峰正在逐條核對指令編碼。這是他們?yōu)椤翱涓敢惶枴本幹频牡?66次指令,密密麻麻的數字填滿了21頁A4紙。
編碼核對完畢,張薇確認批次號無誤后,按下“發(fā)送”鍵。3個小時后,指令通過西安衛(wèi)星測控中心飛抵正在過境的“夸父一號”衛(wèi)星。
“夸父一號”是我國首顆綜合性太陽探測專用衛(wèi)星,于2022年10月9日發(fā)射,科學目標之一是觀測太陽磁場以及太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現象——耀斑和日冕物質拋射。
“衛(wèi)星還處于在軌測試階段,所以指令會上傳得頻繁一些?!睆堔备嬖V《中國科學報》,一天24小時,一周7天,他們緊盯著“夸父一號”的動態(tài),一旦發(fā)現問題征兆,立即找原因、做調整、發(fā)指令。
第566次指令屬于常規(guī)觀測操作指令,主要是告訴“夸父一號”準備給太陽拍照,做好太陽高能粒子輻射防護,并在完成任務后下傳觀測數據。
觀測數據是所有科學觀測衛(wèi)星最珍貴的產物。每次提到“夸父一號”,地面支撐系統(tǒng)數據處理與管理分系統(tǒng)主任設計師馬福利總會想起最初的興奮。
2022年10月12日晚,馬福利看到了“夸父一號”拍回的太陽——一個白色大圓斑,落在橘黃色的底片上。四個月后的今天,馬福利的手機里還存著那張圖。“你看,這就是太陽。”馬福利指著那個看上去再普通不過的圓斑,移不開眼睛。
為了保證數據的完整性,服務科學家的需求,馬福利和很多團隊成員曾經一個星期沒回家,天天窩在國家空間科學中心懷柔園區(qū)的數據處理間,反復調試數據處理系統(tǒng),完善處理算法?!芭c其他衛(wèi)星相比,‘夸父一號’的數據量很大,處理難度也大。但我們一點數據都不能丟,數據的完整性必須超過99.9%?!瘪R福利解釋。
2022年12月,仍處于在軌測試階段的“夸父一號”對外發(fā)布首批科學圖像,實現多個國內外“首次”,也驗證了“夸父一號”3臺有效載荷的觀測能力。新聞發(fā)布會召開時,鏡頭外的張薇、馬福利心潮澎湃:“吃下的苦,總歸見到了成效。”
2月16日下午,張薇和曹中峰逐條核對“夸父一號”指令編碼。倪思潔攝
擦亮“慧眼”
在綜合運控中心,幾乎每個人都嘗過苦與甜交織的滋味。最濃郁的一回,要數2017年8月17日的通宵。
那天,NGC 4993星系里,兩顆中子星碰撞后驚起的引力波漣漪,歷經13億年奔波后終于抵達地球。當天下午,獲知消息的中國天文物理學家們開始討論“要不要讓‘慧眼’改變原有計劃,瞄向NGC4993星系?”
“慧眼”是我國首顆X射線空間天文衛(wèi)星,2017年6月15日成功發(fā)射。得知科學家有此考慮后,張薇等綜合運控人員默契地開始著手各項準備。2017年8月17日下班時間,在崗值班人員一個都沒有離開,非值班人員反倒紛紛到崗。
8月18日凌晨1點50分,科學家們發(fā)來“應急短期科學計劃”。監(jiān)控室里,人聲、打字聲、電話鈴聲沸騰起來。
觀測能力約束核對完畢。計劃影響確認完畢。衛(wèi)星的位置與姿態(tài)確認完畢。指令編寫完畢。指令核對完畢。發(fā)送!
8月18日凌晨2點35分,“慧眼”繞地球飛至第962圈時,調整姿態(tài),瞄準NGC 4993星系所在的方向。
凌晨2點44分,“慧眼”數據順利傳至綜合運控中心,共4.83G。5分鐘內,單軌數據預處理完成。2分鐘后,1A級數據產品分發(fā)完成。凌晨3點整,1B級和1C級科學數據產品生產與分發(fā)全部完成。
分鐘級的響應,讓當時剛上天不久、尚在在軌測試階段的“慧眼”,闖進國際視野。2017年10月16日22點,美國國家科學基金會召開新聞發(fā)布會,宣布人類首次直接探測到由兩顆中子星合并產生的引力波,“慧眼”以合作組形式加入其中,對引力波暴在伽馬射線能區(qū)的輻射性質給出了最嚴格的限制,為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機制作出重要貢獻。
“過去五年,‘慧眼’有四分之一的時間用于機遇觀測,我們時刻準備著響應科學家的觀測需求?!焙佌f。
探測到宇宙中最強磁場的中子星X射線爆發(fā);直接且可靠地測量到迄今宇宙最強磁場;發(fā)現距離黑洞最近的相對論噴流;首次在黑洞雙星中觀測到冕的速度演化……“綜合運控中心支持并顯著提升了‘慧眼’的科學產出和國際影響力?!薄盎垩邸毙l(wèi)星首席科學家張雙南評價說。這句話,讓綜合運控中心團隊成就感十足。
綜合運控中心團隊成員在空間科學任務大廳執(zhí)行任務。中科院國家空間科學中心供圖
守護“壽星”
在綜合運控中心照看的科學衛(wèi)星中,“悟空”和“墨子”算得上兩位元老級的“壽星”。
“悟空”是我國首顆暗物質探測衛(wèi)星,于2015年12月17日發(fā)射,設計壽命三年。“墨子”是我國首顆量子實驗衛(wèi)星,于2016年4月16日發(fā)射,設計壽命兩年。兩顆星都已超期服役四年多。
老年人難免生病,超期服役的衛(wèi)星也是如此。緊急情況時常出現得讓人措手不及。
2021年5月一個周末的清晨,還在睡夢中的白萌被手機鈴聲吵醒。“‘悟空’的工作模式不對勁,監(jiān)視器上的參數大面積飄紅,事件表清零了!”聽完,白萌立馬翻身起床,趕赴60公里外、國家空間科學中心懷柔園區(qū)里的綜合運控間。
白萌是位“85”后女生、地面支撐系統(tǒng)長管運行主任設計師。當時,“悟空”雖已超期服役兩年多,但如此嚴重的異常還是第一次出現。
路上耗時近一個小時,白萌一分鐘都沒敢閑著。她與西安衛(wèi)星測控中心、衛(wèi)星系統(tǒng)、有效載荷反復溝通后發(fā)現,“悟空”是因為能源不足進入了低功耗模式,導致載荷關機。
找出原因后,白萌心里踏實了:“盡管問題是第一次出現,但在‘悟空’研制階段我們就準備了故障應急預案?!?/p>
白萌所說的“預案”,是一串經過“悟空”各大系統(tǒng)多方確認過的指令,像“錦囊”一樣被保存了6年。最終,他們成功地讓“悟空”在12個小時內恢復正常。
另一位“壽星”——“墨子”也沒少讓綜合運控中心團隊“操心”。在實驗中,“墨子”的兩個激光器必須分別瞄準兩個地面站,精度極高,被喻為“針尖對麥芒”。從去年開始,白萌等人發(fā)現,用來控制衛(wèi)星姿態(tài)的動向輪,已經不似早先那般靈活。他們開始想方設法調整運行方案,保證“針尖”和“麥芒”對得夠準、少出異常。
帶領團隊十多年,胡鈦和白萌一樣見證過好多顆空間科學衛(wèi)星從“新生”到“成熟”再到“老去”的周期。與這種周期同步的,還有“人”的變化。
2011年,團隊跟隨中科院空間科學先導專項成立,形成了任務運行控制和數據處理兩個業(yè)務組,成立之初,運行控制組只有2位有航天經驗的成員,數據處理組也只有10來人。12年后的今天,團隊成員已經增加到40多人,就連胡鈦自己的工作狀態(tài)也在改變。
“當初‘悟空’發(fā)射時,我一刻都不敢離開,生怕出問題。去年‘夸父一號’發(fā)射時,雖然還是緊張,但我基本不操心具體的值班業(yè)務了?!焙佌f,一次次實戰(zhàn)磨煉,讓團隊的年輕人和工作機制都已經相當成熟,“我們一直有開運行例會的傳統(tǒng),每月開一次,所有的運行例會都是我主持,必須得對衛(wèi)星運行的各個細節(jié)和隱患做到全面了解,做到萬無一失?!?/p>
他告訴《中國科學報》,團隊還建立“五個零”工作規(guī)范,即載荷控制零失誤,應急響應零漏項,數據下行準零丟失,數據處理零錯誤,數據服務零差評。
最近,在生活中不怎么喜歡張羅的胡鈦,開始張羅著讓空間科學衛(wèi)星開展聯合觀測。
“目前,綜合運控中心運行著7個空間科學衛(wèi)星項目的8顆衛(wèi)星,未來5年內,還有至少2顆衛(wèi)星將發(fā)射并由這支團隊運控。一個天文事件發(fā)生后,如果我們的空間天文衛(wèi)星可以做協同分工式的聯合觀測,就可以產生更有意義的數據。”胡鈦說。
但要做成這件事,不僅需要與每個科學衛(wèi)星的科學家們做好深度溝通,還要為科學用戶開發(fā)出全新的服務平臺,并進一步突破團隊在應急響應、協同工作等方面的能力極限。
“為什么要‘自找苦吃’呢?”
“我們很幸運地生活在這個偉大的時代,一輩子總得留下點什么,否則真對不起這個時代,到那時我也可以跟孫輩們說,‘我當年吃過苦,也干成過大事’。”面對記者的問題,胡鈦笑著,挺了挺腰板。
他身后的顯示屏上,8顆科學衛(wèi)星在各自的軌道上劃動,織成一張交錯縱橫的網,罩著地球,面向宇宙。
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綜合運控中心團隊合影。 中科院國家空間科學中心供圖
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