科技日報記者 劉霞
今年正值歐洲空間局（ESA）成立50周年。十年前，ESA與歐洲核子研究中心（CERN）簽署合作協(xié)議，開啟知識與設(shè)施共享的新篇章。ESA目標(biāo)是深空探測，而CERN專注于粒子研究，二者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，旨在拓展人類認(rèn)知疆界，保持歐洲在科技創(chuàng)新領(lǐng)域的全球領(lǐng)先地位。
CERN官網(wǎng)報道稱，雙方精誠合作，在宇宙測繪、行星探索等前沿領(lǐng)域取得豐碩成果，為太空探測注入創(chuàng)新活力。
歐幾里得望遠(yuǎn)鏡：繪制百億年宇宙圖景
歐幾里得空間望遠(yuǎn)鏡于2023年7月升空，開啟了人類探索宇宙暗物質(zhì)與暗能量的新篇章。這臺“宇宙之眼”自2024年起正式執(zhí)行觀測任務(wù)，將自動掃描約1/3的夜空。科學(xué)家預(yù)計，其最終繪制的宇宙圖將收錄約80億個星系。
CERN為這項計劃提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，主導(dǎo)開發(fā)了“地面科學(xué)系統(tǒng)”。這套系統(tǒng)如同一位“宇宙翻譯官”，能將望遠(yuǎn)鏡傳回的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為星系目錄、暗物質(zhì)分布圖等成果。CERN獨創(chuàng)的虛擬機(jī)文件系統(tǒng)已被整合其中，實現(xiàn)了歐幾里得項目9個數(shù)據(jù)中心與研發(fā)人員個人電腦之間的無縫協(xié)同，確保軟件部署運行順暢。
軌道“太空之眼”：為地球生態(tài)“把脈問診”
軌道上的地球觀測衛(wèi)星如同高懸的“太空之眼”，在環(huán)境監(jiān)測、氣象預(yù)報等諸多方面發(fā)揮作用。
CERN與ESA聯(lián)手共同研發(fā)了適應(yīng)極端太空輻射環(huán)境的前沿技術(shù)。2017—2018年間，ESA專家利用超級質(zhì)子同步加速器產(chǎn)生的高能離子束，對輻射監(jiān)測器、現(xiàn)場可編程門陣列及電子芯片進(jìn)行了嚴(yán)苛的太空環(huán)境模擬測試。
CERN現(xiàn)已加入歐盟“Edge SpAIce”項目。這項計劃旨在監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)、追蹤海洋塑料污染，采用了CERN研發(fā)的高性能機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，并于2025年1月隨“Balkan-1”衛(wèi)星升空，在浩瀚太空中為地球生態(tài)“把脈問診”。
“果汁”探測器：破解木星輻射難題
行星探索同樣是需要技術(shù)底蘊的領(lǐng)域。以“木星冰衛(wèi)星探測器”（JUICE，果汁）任務(wù)為例：這個預(yù)計2031年7月抵達(dá)木星的探測器，對這顆氣態(tài)巨行星及其3顆可能存在地下海洋的衛(wèi)星展開深度探測。
木星擁有比地球強(qiáng)百萬倍的磁層，其中“囚禁”著大量高能電子和質(zhì)子，形成致命的“輻射煉獄”。在JUICE任務(wù)之前，科學(xué)界從未系統(tǒng)研究過這些高能粒子對現(xiàn)代航天電子設(shè)備的直接與間接影響。為此，CERN特別啟用了VESPER測試裝置——用能量可調(diào)（60—200兆電子伏特）的電子束，以每秒每平方厘米1億個電子的平均通量，精準(zhǔn)模擬了木星系統(tǒng)的極端輻射環(huán)境，對探測器組件進(jìn)行了嚴(yán)苛的“生存考驗”。
“太空輻射哨兵”：呵護(hù)宇航員和設(shè)備健康
在無垠宇宙中，輻射防護(hù)是載人航天永恒的主題。2021年8月，ESA宇航員托馬斯·佩斯凱在國際空間站開啟了一項里程碑式的實驗——LUMINA太空輻射監(jiān)測計劃。這項研究采用兩條總長數(shù)公里的特制光纖作為輻射探測器，實時監(jiān)測空間站內(nèi)的電離輻射水平。
這項技術(shù)的誕生，凝聚著CERN科學(xué)家十余載的心血。這套系統(tǒng)被譽(yù)為“太空輻射哨兵”，將在未來5年持續(xù)守護(hù)空間站的安全運行。
2022年7月，CELESTA衛(wèi)星升空。這個僅重1公斤、邊長10厘米的微型衛(wèi)星由法國蒙彼利埃大學(xué)與ESA聯(lián)合研制，是ESA首個專注于研究宇宙輻射對電子設(shè)備影響的技術(shù)驗證平臺。
支持產(chǎn)研結(jié)合：促進(jìn)太空經(jīng)濟(jì)騰飛
蓬勃發(fā)展的太空產(chǎn)業(yè)正迎來黃金時代，為公私合作提供了無限可能。ESA與CERN相得益彰，持續(xù)支持初創(chuàng)企業(yè)將尖端技術(shù)轉(zhuǎn)化為具有社會價值與商業(yè)潛力的太空應(yīng)用。
其中，CERN研發(fā)的Timepix技術(shù)堪稱典范。這項源自粒子物理實驗的創(chuàng)新成果，其核心芯片的工作原理猶如一個超級數(shù)碼相機(jī)傳感器。當(dāng)電子快門開啟時，不僅能捕捉每個光子的位置信息，還能精確記錄其能量波長與到達(dá)時間。更令人驚嘆的是，這項技術(shù)讓成像告別了單調(diào)的黑白世界——通過色彩編碼不同能量的光子，呈現(xiàn)出更清晰、更精準(zhǔn)的彩色圖像，為其在醫(yī)學(xué)影像和輻射探測等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。
在商業(yè)轉(zhuǎn)化方面，私營企業(yè)Advacam與捷克技術(shù)大學(xué)合作，基于Timepix技術(shù)開發(fā)了SATRAM輻射監(jiān)測系統(tǒng)，成功應(yīng)用于ESA的Proba-V衛(wèi)星任務(wù)，實現(xiàn)了每48小時對全球地表植被的完整測繪。
另一家波蘭初創(chuàng)公司SigmaLabs則專注于太空輻射探測器研發(fā)。該公司最新開發(fā)的SpaceRadMon（大型強(qiáng)子對撞機(jī)上輻射監(jiān)測裝置的縮微版）已獲ESA與波蘭航天局青睞，將搭載于2025年6月發(fā)射的Axiom Mission 4商業(yè)太空任務(wù)。
