科研人员正在对龙虾眼光学系统进行装调。 （受访者供图）

由中国科学院牵头实施的爱因斯坦探针（EP）卫星首批在轨探测图像前天发布。自今年1月发射入轨并开机后，EP卫星已探测到新的暂现源17例、恒星耀发168例。成功追踪“宇宙烟花”的背后，一台凝聚着上海智慧的载荷——国际首创的宽视场X射线望远镜（WXT）功不可没。

太空中，在一体式桁架的支撑下，WXT如一朵缓缓展开的莲花。它集成了12个望远镜模块，视野覆盖约1/11个天区，紧盯其中哪怕最暗弱的一点“宇宙烟花”的迹象。这台从龙虾复眼中获得灵感的全新望远镜，满足了时域天文学的观测重任：这个新兴的天文领域既需要一个约3600平方度的立体角来监测天区，又需要能捕捉宇宙极深远处“宇宙烟花”传来的暗弱X射线，观测需求极为苛刻。

要知道，传统聚焦X射线望远镜的视场不超过1平方度，如何突破这个瓶颈？中国科学院上海技术物理研究所联合中国科学院国家天文台的科研团队，展开了7年攻关。

如何造一台几乎不可能的“矛盾”设备

有着“宇宙烟花”之称的伽马暴是宇宙中最剧烈的爆发现象，一般发生在大质量恒星死亡或黑洞诞生之际。伽马暴释放的X射线粒子能量非常高，因此极难被望远镜聚焦。

“传统聚焦型X射线望远镜的视场不到1平方度。”EP卫星首席科学家助理、中国科学院国家天文台研究员张臣解释，如果视场一宽，就会有各种不同来源的高能粒子前来干扰，“这就好比要听清微弱如游丝的声音，必须在极其安静的房间里”。

同时，要捕捉“宇宙烟花”这样的随机事件，监视设备的视场当然越大越好。在时域天文学家看来，这个理想视场是一个大致为3600平方度的立体角，这个需求比起之前不到1平方度的视场，足足提高了1000倍！

7年前，得知国家天文台提出的技术要求，WXT载荷负责人、中国科学院上海技术物理研究所研究员孙胜利十分惊讶：这相当于要造一台既是望远镜、又是显微镜的“矛盾”设备。

苦苦寻觅之下，龙虾的复眼结构给WXT研制团队带来了灵感——把龙虾眼放到显微镜下，会显现成千上万个微小方孔，这些方孔排列在一个球体上，将光线反射到眼球的中心。WXT载荷主任设计师、上海技物所副研究员孙小进解释，这些华夫饼一样的方孔，其侧壁好似镜子，能把来自特定目标的极微弱光线传到同一焦点上，从而在黑暗中看清极其微弱的明暗变化。这不正是时域天文学家所需要的吗？他相信，“龙虾眼望远镜”会成为X射线巡天扫描的“新宠”。

紧扣工艺极限造出高分全能“龙虾眼”

其实，早在上世纪70年代，就有美国科学家提出，龙虾眼结构可突破X射线望远镜视场局限，可为何迟迟没有付诸实施？那是因为长期以来，光学器件加工水平达不到要求。

在WXT上，每片“龙虾眼”镜片由百万个方形玻璃管道拼接而成，玻璃方管的孔径只有40微米，壁厚仅8微米，连一根细发丝也插不进。几乎扣着参数极限，整个研制团队苦思冥想各种解决方案。经过不断尝试探索，团队携手北方夜视公司攻克了微孔光学关键元件制造难题。

WXT载荷软件主管、上海技物所高级工程师薛玉龙回忆，曾经整整三个月，他们每天都熬到凌晨3点。即使在超大工作量下，团队依然对出错“零容忍”。48片探测器，每片的接线超过600条，每片都要经过4次以上检查，并记录留存；60块电路板，每块有323个焊盘，每块都要进行5次以上检查，也都要一一记录留存……

最终，WXT载荷团队让“龙虾眼”在软硬件性能指标上都获得了高分。在2022年发射的空间新技术试验卫星上，EP探路者试验模块在轨成功获取国际上首幅宇宙大视场X射线聚焦成像天图，并在一年内发现了几十枚“宇宙烟花”。

由于采用了独门算法，“龙虾眼”的数据处理能力堪称业界一流：探测器的数据产生速率相当于每秒产生25部1G电影；通过星上处理算法，可将数据量压缩4.1万倍，相当于大海捞针般找寻有用信息；芯片能耗还特别省。

“长达7年的研制过程，科学家与工程师经过了无数次磨合，载荷指标也经过几次升级，数量从9个模块优化为12模块。”张臣说，基于“超越极限、追求卓越”的一致追求，研制团队还将携手挑战更高目标。

（原载于《文汇报》 2024-04-29 第4版）