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璀璨群“星”的守護者

國家空間科學中心科學衛星綜合運控中心團隊

　　2022年10月9日，在黨的二十大即將召開之際，由中國太陽物理學家自主提出的綜合性太陽探測專用衛星“夸父一號”成功發射！成為繼“悟空”“墨子”“太極一號”等七顆衛星之后，中國科學院空間科學戰略性先導科技專項又一新星。它將利用太陽活動第25周峰年的契機，為人類探究太陽物理領域“一磁兩暴”國際前沿問題開展科學觀測。

　　中國科學院國家空間科學中心科學衛星綜合運控中心（簡稱“運控中心”），便是這些科學衛星地面上的守護者。這一次，他們的任務將是“牧星逐日”。

　　為了科學夢想甘居幕后

　　“夸父一號”捕獲科學數據后，待飛經我國上空時會迅速與位于新疆喀什、海南三亞、北京密云的3個地面站點建立天地通信鏈路，將科學數據匯總至位于北京懷柔科學城的運控中心。

　　作為中國科學院空間科學先導專項的抓總單位，中國科學院國家空間科學中心成立“科學衛星綜合運控中心”，高效統籌科學衛星在軌運行管理，服務科學用戶，支持并提升科學產出。

　　科學衛星沒有“試驗星”，只做“前人沒有做過的事”，其有效載荷都是“首次研制”“極限設計”。運控中心聚焦衛星工程的科學目標，提供精準、高效、專業的運行管理和數據服務，全心全意為科學家們服務。

　　空間科學先導專項自實施以來，11年間實現了一批“從0到1”的重大突破。“悟空”號獲得迄今為止世界上最精確的宇宙射線電子、質子、氦核、硼/碳、硼/氧能譜精細結構；“實踐十號”星上完成的科學實驗有15項為國際首次；“墨子”號在國際上率先實現千公里級的星地量子糾纏分發、星地量子密鑰分發和星地量子隱形傳態實驗，使我國第一次在空間科學研究領域走到了世界最前列；“慧眼”號首次觀測到黑洞雙星爆發過程全景（2022年7月），觀測到迄今最亮的伽馬射線暴（2022年10月）；“懷柔一號”探測到一大批伽馬暴、磁星爆發、X射線暴、太陽耀斑等高能天體爆發現象……

　　空間科學系列衛星閃耀太空的背后，是運控中心7×24小時夜以繼日、甘居幕后的默默堅守。

　　“數據一個都不能丟！”

　　運控中心的工作目標是最大限度地獲取科學觀測數據，支持產出具有標志性、引領性的重大創新成果。

　　雖然天地之間沒有“網線”連接，但衛星下傳數據的速度能達到每秒150兆至300兆，“夸父一號”更是高達每秒1000兆比特。

　　從專項首發星“悟空”每天下傳16GB的原始科學數據，到“夸父一號”每天下傳500GB，隨著在軌衛星數量增加，運控中心接收的數據量不斷攀升。

　　數據的完整性是科學產出的基本保障， “數據一個都不能丟！”是運控中心全體科研人員的執著追求。

　　為了達到這個目標，運控中心建立了多通道同時備份接收機制和數據缺失補救預案。目前，運控中心管理的科學衛星數據完整性達到99.9%以上。

　　“分鐘級的響應”

　　稍縱即逝的科學機遇性事件，對科學探測而言是極其珍貴的，甚至直接關乎能否實現重大科學發現。應急響應越快，就越有可能獲得更大價值的科學數據。

　　2017年8月18日凌晨1時40分，運控中心收到“慧眼”衛星科學家的應急科學計劃，要求緊急觀測可能存在引力波爆發的某天區。

　　1時50分，運控中心用10分鐘完成了科學計劃的接收、審核、指令編制、指令反演、復核。應急指令順利上傳至“慧眼”，對指定天區開展觀測。

　　2時44分，“慧眼”回傳首批引力波事件觀測數據4.83GB。

　　2時49分，數據預處理完成。

　　3時，事件全部科學數據發至科學家。

　　兩個多月后，舉世矚目的首個雙中子星并合引力波事件（GW170817）聯合觀測成果全球發布。

　　“慧眼”衛星首席科學家張雙南研究員評價，運控中心“分鐘級的響應”“顯著提升了科學產出和國際影響”。

　　“分鐘級的響應”得益于各運行單位之間高效敏捷的協同工作流程、衛星載荷靈敏強大的功能，也來自于運控中心“默默堅守、無私奉獻”的工作作風。對于這支平均年齡35歲的年輕團隊來講，這種對科學機遇事件的應急響應，只是運控中心創建以來近2500個日夜中普通的一晚。

　　自2015年12月專項首發星暗物質衛星“悟空”發射以來，運控中心7×24小時輪流值守，夜以繼日與在軌的7顆科學衛星“對話”。憑借高度的責任心和豐富的運行經驗，運控中心出色地保障了系列科學衛星在軌安全、可靠、高效的運行，使其持續穩定執行空間探測和科學試驗。

　　習近平總書記曾連續三年在新年賀詞中提到“悟空”“墨子”和“慧眼”，將它們作為我國科技突破的代表性成果。運控中心團隊用“默默堅守”履行著“不忘初心、牢記使命”的誓言，用“精準運控”支撐起科學家的極致追求，用“專業服務”保障重大科學成果產出。未來，他們將繼續發揮“國家隊”“主力軍”作用，為我國開展空間科學基礎研究再立新功！

數據智能驅動的機器化學家

中國科學技術大學機器化學家團隊

　　近日，中科大機器化學家團隊通過開發和集成移動機器人、化學工作站、智能操作系統、科學數據庫，成功研制出“全球首個數據智能驅動的全流程機器化學家平臺”。

　　隨著化學研究的對象日益復雜化、高維化，傳統研究范式成本高、周期跨度長的問題日益突出。近年來，科技界逐漸意識到數據對于學術研究和產業創新發展的重要意義，而大數據科學與人工智能技術結合的手段，也在先進材料研發中嶄露頭角。

　　江俊教授及其團隊提出“機器科學家”概念，希望發揮其數據驅動和智能優化的優勢，從數以億計的可能組合中找到最優解來加快材料研發。團隊分工明確，配合默契，一路乘風破浪，幾位有交叉學科背景的年輕在讀博士已經成長為團隊“頂梁柱”：肖恒宇設計出軟件框架；張百成編寫程序，讓機器人讀論文、提出科學假設、形成實驗報告和方案；趙路遠主攻電化學測試，負責烘干儀器、光譜儀等硬件的驅動程序開發。

　　良好的思路為科技研發指引了方向，前進的路程并非一帆風順。25歲的趙路遠學電子科學技術出身，在她看來，克服科研難題主要靠毅力。她和師弟曹嘉祺一起編寫某驅動程序時，由于信息掌握不充足，無法準確理解調用接口，在反復聯系儀器廠商和代理商沒有得到回應后，決定自力更生。兩人耗時3周，夜以繼日，條分縷析做了3000次發送信號、等待反饋、記錄響應等嘗試，逐步逆向試出底層控制邏輯，成功實現了對機器人的遠程控制。

　　2021年，團隊信心滿滿地開始機器人首次試運行，結果差強人意，化學設備單獨運行正常，但參與系統聯調時卻無法使用，團隊通宵達旦排查原因，仍無頭緒。山重水復疑無路,柳暗花明又一村，肖恒宇想到化學設備和機械臂均使用了紅外探測設備，可能會互相干擾。于是，他將機械臂換一個朝向，輕松解決了問題。往后的開發調試中，不同領域的儀器設備，不同系統的代碼協議間，都出現了類似的“磨合”難題，團隊通過交叉學科思維，將它們逐一擊破。

　　面對的問題越復雜，就越考驗跨學科的思考能力。團隊成員在面臨技術難題時，從不擺爛，從不應付交差，一個方案受挫，團隊集智攻關，敢于突破，大膽創新、反復測試，在不斷地挫折和失敗中汲取經驗。最終，歷時八年，團隊成功研制出了“全球首個數據智能驅動的全流程機器化學家平臺”。

　　面對龐大的化學空間，配方和工藝的搜索常常止步于局部最優，無法進行全局探索。以潛力巨大的高熵化合物催化劑為例，獲得其最優配方需要遍歷測試極其龐大的化學配比組合，導致基于傳統試錯范式開發新材料異常艱難。機器化學家發揮其數據驅動和智能優化的優勢，智能閱讀16000篇論文并自主遴選出5種非貴金屬元素，融合2萬組理論計算數據和207組全流程機器實驗數據，建立了理實交融的智能模型，指導貝葉斯優化程序從55萬種可能的金屬配比中找出最優的高熵催化劑。該平臺實現了高熵材料的快速篩選與精準優化，創制出實用的高效催化劑，將實驗遍歷搜索所需的1400年縮短為5周，相比傳統實驗試錯模式提效了5個數量級以上，以大數據與智能模型雙驅動的化學品與新材料創制新范式，打破傳統范式瓶頸。

　　機器化學家平臺初步具備科學思維，在智能閱讀文獻、自主設計實驗、自動執行合成-表征-測試的化學全流程、智能優化化學創制等方面全面超越歐美同類平臺。該平臺還建立了包含8千萬化合物、1千萬化學反應等資源的數據庫和檢索引擎，并在此基礎上開發了物理化學知識圖譜。目前，該平臺正應用于析氧反應催化劑、摻氫氧化物光催化劑、新能源電池的高熵催化劑等新材料開發。

　　該平臺研究成果論文已在最新一期《國家科學評論》學術期刊發表。國際審稿人評價說，該成果的“機器人系統、工作站和智能化學大腦都是最先進的”“將對化學科學產生巨大影響”。業內專家認為，機器化學家的研究工作脫離了傳統試錯研究范式的限制，展現出“最強化學大腦”指導的智能新范式的巨大優勢，引領化學研究朝著化學理解數字化、操作指令化、創制模板化的未來趨勢前進，確立了我國在智能化學創新領域的全球領跑地位。

　　面向國家以“科技強國”引領“現代化強國”的戰略建設需求，團隊瞄準世界科技前沿，向著科技創新高地奮進，堅定創新自信，銳意進取、勇攀科技高峰，繼續服務“科技強國”戰略，積極搶占科技競爭和未來發展制高點，進一步開展前沿關鍵技術研發，通過機器化學家平臺全面探索了化學研究的未來發展趨勢，不斷推進數字化化學知識體系建設。加強技術與科學有機結合、國內相關團隊深度合作，建立聯盟，共同推廣，形成定義新知識體系并自主解決科學難題的強化學智能，發展針對化學智能的符號語言與數據智能驅動的科學方法論。

圓夢再出發

力學研究所“力箭一號”運載火箭研制團隊

　　“火箭的能力有多大，航天的舞臺就有多大”，運載火箭是航天活動的基礎，是進入空間、利用空間、控制空間的國之重器，是航天大國的重要標志。中國科學院力學研究所（以下簡稱“力學所”）是我國火箭技術的發源地之一。1960年，中國的第一枚探空火箭T-7M在力學所領導的上海機電研究院誕生，62年后，起源于力學所的火箭，再次以“力箭一號”在力學所圓夢。

　　瞄準國家戰略需求，勇擔重任攻關創新

　　2022年7月27日12時12分，由力學所抓總研制的“力箭一號”（ZK-1A）運載火箭在酒泉衛星發射中心成功發射，采用“一箭六星”的方式，成功將六顆衛星送入預定軌道，“力箭一號”運載火箭首次飛行任務取得圓滿成功，作為中小型衛星發射優先選擇，豐富了我國固體運載火箭發射能力譜系。

　　“力箭一號”運載火箭由中國科學院“十四五”重大項目支持，是中國科學院在空天科技領域的又一次創新性嘗試。面向空間科學和空間技術發展需求，以“工程科學”思想為指導，以創新、先進、高效為設計思路，發展創新性、先進性、經濟性運載火箭，對于推動我國運載技術和研制模式的變革和創新、推動空間科學發展具有重要意義。

　　聚焦核心關鍵技術，突破“卡脖子”難題

　　“力箭一號”運載火箭是我國當前最大的固體運載火箭，在運載能力、入軌精度、設計可靠性、性價比等方面邁入世界固體運載火箭領域先進行列。從2019年開始研制，歷時3年，突破了固體火箭運載能力瓶頸，實現了低成本快速進入空間的目標，提出4項國內首創的系統解決方案，采用5項國內首次使用的關鍵技術。

　　“力箭一號”運載火箭突破了大噸位固體運載器總體優化設計與試驗技術、先進動力系統與推力矢量控制技術、集中—分布式現代航天電子技術、低成本箭體結構與分離技術、智慧飛行控制技術、大噸位固體火箭地面使用及熱發射技術等多項重大關鍵技術。“力箭一號”運載火箭具有運載能力大、入軌精度高、固有可靠性高、響應速度快、發射效率高、保障要求低、發射成本低、使用靈活便捷、環境適應性好等一系列突出優點，可實現陸基、海基小時級發射。通過研究范式的創新實現了高效低成本敏捷開發，為我國運載火箭領域的技術變革作出了重要貢獻。

　　秉承賡續優良傳統，建強力學領域“國家隊”

　　一直以來，力學所堅持以黨建促科研，主動創新組織形式、圍繞項目研究需求、整合優勢科研力量，組建了多學科跨部門的科研攻關團隊。“力箭一號”運載火箭研制團隊50多位骨干成員中45歲以下的占到80％。2022年４月，火箭在進場前成立了臨時黨支部，力學所組織了出征儀式，所長、黨委書記劉桂菊為臨時黨支部授旗。火箭進場后，與基地成立了臨時聯合黨委，引導“力箭一號”運載火箭研制團隊繼承并發揚“兩彈一星”和老一輩科學家精神，堅持并豐富“創新、創新、再創新”的理念，始終面向國家重大需求，牢記并履行國家戰略科技力量的責任擔當。

　　面對新形勢和新挑戰，“十四五”和今后一個時期，力學所將進一步秉承優良傳統，弘揚科學家精神，堅持“一個目標”——作出經得住歷史考驗的貢獻；強化“兩個抓手”——建制化／體系化基礎研究，技術創新與攻關以及兩者間的有機銜接；突出“三個關鍵”——建立有效的組織模式，促進重大成果產出，提升人才隊伍的質量規模與合力，建設力學的中心，傳承基因、開拓創新、合作共贏、實現良性循環；加強“四個保障”——提升管理能力，培育優良文化，強化資源配置，完善科研條件，沿著錢學森、郭永懷等指引的道路和標準砥礪前行、建強力學領域“國家隊”，為實現高水平科技自立自強做出力學所應作的貢獻。