今年是“十四五”規劃收官之年，也是“十五五”規劃編制之年。一批建成運行的大科學裝置正源源不斷產出新的科技成果，而新的大科學裝置也在醞釀之中。
全國兩會期間，多位全國人大代表在接受《中國科學報》采訪時，帶來了大科學裝置領域的最新消息，也提出了他們對國家大科學裝置發展的建議。
“中國天眼”運行升級兩不誤，帶動當地經濟收入超15億元
“這些年，‘中國天眼’已經從性能優良的望遠鏡轉變為對用戶友好的望遠鏡，我們打通了從觀測申請、用戶銜接到觀測執行、數據處理的各個環節，為‘中國天眼’產出高質量成果提供了鋪墊和支撐。”全國人大代表、“中國天眼”總工程師姜鵬告訴《中國科學報》。
2020年1月，“中國天眼”進入常規運行階段。“十四五”期間，“中國天眼”連續4年在中國科學院國家重大科技基礎設施運行年會中被評為年度優秀設施第一名。
姜鵬介紹，目前，“中國天眼”發現的新脈沖星數量超過1000顆，超過全世界其他望遠鏡發現的脈沖星總數。“中國天眼”相關科研成果入選《自然》和《科學》評選的2020年度十大科學發現和十大科學突破，并有4項成果入選美國天文學會亮點研究成果。
在取得亮眼科研成果的同時，“中國天眼”建設運行團隊也突破了諸多技術瓶頸。
“通過技術創新，我們將裝置的性能發揮到極致。”姜鵬說，“一方面，我們突破了空間目標探測和深空通信等技術，實現我國在該領域探測能力的數量級提升；另一方面，我們解決了一些關鍵核心技術國產化問題，例如，接收機、饋源艙鋼絲繩等以往薄弱的技術環節正逐步實現全部國產化。此外，我們正在攻克‘中國天眼’核心陣建設設計方面的許多關鍵技術難題，如綜合孔徑數據處理技術、時間同步技術等。”
在去年9月25日的“中國天眼”落成啟用8周年紀念日上，“中國天眼”核心陣試驗樣機正式開工建設。核心陣計劃不僅可補齊“中國天眼”在分辨率和成像能力方面的短板，還可以進一步增強靈敏度方面的優勢。“核心陣建成后，它將升級為高清數碼相機。”姜鵬說。
除了“中國天眼”本身的運行、升級外，令姜鵬感到驕傲的還有它對當地經濟發展的推動作用。“當地老百姓的生活水平已經大幅提高，跟2010年前后我們剛來時完全不一樣。”姜鵬笑著說，“去年，前往‘中國天眼’參觀的游客量接近130萬人次，直接帶動經濟收入估計超過15億元。”
“中國天眼”核心陣建成效果模擬圖。中國科學院國家天文臺供圖
“子午工程”服務重大航天活動60余次，二期已完成建設
“‘子午工程’面向國家重大需求，為空間站等重大航天活動提供60余次空間環境保障服務，為航天器發射返回、在軌運行和航天員出艙窗口規劃和決策提供了重要參考數據。”全國人大代表、“子午工程”二期工程總指揮王赤院士告訴《中國科學報》。
航天、通信、導航等高技術系統會受到空間環境的影響。太陽耀斑、日冕物質拋射事件、太陽質子事件、磁暴、電離層暴、極光活動等空間天氣事件，就如同刮大風、下暴雨一般，影響高技術系統的運行，并可能造成巨大的社會經濟損失。
“子午工程”是用來監測和預報空間天氣事件的國之重器，全稱為“空間環境地基綜合監測網”。
2012年，“子午工程”一期建成，實現了我國地基空間環境監測“從無到有”的跨越式發展。2019年，二期工程啟動建設，在一期15個觀測臺站的基礎上，新增16個觀測臺站，空間環境監測能力顯著增強，首次實現了對日地空間環境全圈層、多要素綜合的立體式探測。
“通過實施‘子午工程’，我國空間天氣監測和預報數據自主率大幅提高，從源頭夯實了我國空間環境自主保障的基礎。”王赤說。
王赤介紹，“十四五”期間，“子午工程”二期已完成建設，并通過各專項驗收，預計于2025年完成國家驗收。工程建成了“一鏈、三網、四聚焦”架構，具有全圈層覆蓋的日地空間環境立體監測能力、快速的數據處理和服務能力，以及面向重要應用的數據挖掘和產品生產能力。
“目前‘子午工程’二期已經連續獲取空間環境觀測數據，并提供數據共享服務。”王赤說。
與此同時，中國科學家以“子午工程”為基礎，率先提出并主導國際子午圈大科學計劃，目標是建立陸地最完整的東經120°至西經60°子午圈監測鏈，實現對日地空間環境全緯度、全天候、日不落的立體觀測，突破對地球空間天氣物理全球變化過程和多圈層跨尺度相互作用的認知，提供空間天氣大模型和高精度預報產品，為應對空間天氣災害、和平利用空間提供科學依據。
“太陽風暴、地球磁場變化等空間環境問題具有全球性影響，很難由單一國家獨立解決。這些跨國界的問題需要各國共同面對、攜手合作。這也是人類命運共同體理念在科技領域的具體實踐。”王赤說。
“子午工程”利用地基監測日地空間環境。中國科學院國家空間科學中心供圖
江門中微子實驗、高能同步輻射光源即將迎來重要節點
“江門中微子實驗正在進行工程建設的最后一步——液體灌注。目前，超純水已經灌滿中心探測器有機玻璃球內外空間，我們正在把有機玻璃球里的超純水置換為液體閃爍體。”全國人大代表、江門中微子實驗首席科學家王貽芳院士告訴《中國科學報》。
江門中微子實驗是一個以測量中微子質量順序為首要科學目標的大科學裝置，位于地下700米深處，其中心探測器是一個有效質量兩萬噸的液體閃爍體探測器。探測器的主支撐結構是直徑41.1米的不銹鋼網殼，其上承載著直徑35.4米的有機玻璃球、20000噸液體閃爍體、20000只20英寸光電倍增管、25000只3英寸光電倍增管等諸多探測器部件。
王貽芳介紹，在完成工程建設最后一步的同時，江門中微子實驗的調試工作便已開始。調試數據顯示，探測器用到的核心器件——可以將光信號轉變為電信號的45000只光電倍增管工作正常；液體注入后，有機玻璃球及鋼結構的受力狀況發生了改變。監控顯示，受力狀況的改變符合設計預期。
“我們預計今年8月完成液體閃爍體的灌裝，并開始取數。”王貽芳說。
江門中微子實驗建成后，將成為國際中微子研究中心之一，與正在建設的日本頂級神岡中微子實驗（Hyper-K）和美國深部地下中微子實驗（DUNE）形成鼎足之勢。
同時，王貽芳還介紹，位于北京懷柔的高能同步輻射光源也基本完成建設任務。
高能同步輻射光源是世界上最亮的第四代同步輻射光源，建成后將與美國先進光子源、歐洲同步輻射裝置、日本SPring-8和德國的PETRA-Ⅲ一起，構成世界五大高能同步輻射光源。
“目前，關鍵設備都已經安裝完成，正在做最后的調試。”王貽芳介紹，高能同步輻射光源的建設帶動了高精度磁鐵、真空及鍍膜、超導腔、數字束測系統等一批關鍵核心技術的發展。
江門中微子實驗中心探測器。倪思潔攝
大科學裝置下一步往哪里走？
當前，我國已布局建設的大科學裝置有77個。作為“十五五”規劃的編制之年，我國2025年或將醞釀一批新的大科學裝置。
對于我國大科學裝置的發展，王貽芳建議，在建設大科學裝置的同時要注重提高質量，確保大科學裝置性能指標領先，產出重大成果。為此，需要擴大單個裝置的投資規模。
“‘十四五’規劃的大科學裝置建設完成之后，我國大科學裝置數量將與美國大科學裝置數量相當。下一步，大科學裝置發展的重點任務應該是提高質量，確保能夠超越別人、走在前面。”王貽芳說。
王赤建議，要優化空間科學領域大科學裝置的體系化布局和保障經費投入。
“未來10至15年是實現科技趕超的有限機會窗口，我們要抓住世界百年未有之大變局的關鍵機遇期，果斷決策，科學布局，發揮社會主義市場經濟條件下新型舉國體制優勢，加大對空間領域大科學裝置的經費投入，實施系列大科學工程，推動我國加快建設成為航天強國、科技強國。”王赤說。
姜鵬也表示，希望國家能加大對大科學裝置的技術投入。他還建議，我國各類大科學裝置應以科學研究的實際需求為目標導向，根據自身特性開展裝置間的合作。
“天文學已進入多信使研究時代，隨著國家大科學裝置越來越多，一些裝置已經形成了合力。當有些科學問題無法依靠一個大科學裝置解決時，幾個裝置合作或許能夠發揮更好的作用。”姜鵬說。
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