來源:科技日報

“天琴計劃”激光測距台站望遠鏡運行良好 中山大學宣傳部供圖

從牛頓1687年發表萬有引力定律，到卡文迪許第一次用扭秤實驗測出萬有引力常數G值，西方科學家主導這一領域的研究300多年。上世紀80年代，中國科學家羅俊及其團隊加入了測量萬有引力常數G的隊伍。

5月21日，全國人大代表、中國科學院院士、我國空間引力波探測“天琴計劃”首席科學家羅俊院士透露，經過多方評估，“天琴一号”衛星六大技術在軌驗證全部通過，每項技術指标都優于任務目标，達到國内同類技術的最高水平。

世間萬物，有能量就有引力。那麼，引力的本質究竟是什麼呢？自牛頓開創經典力學以來，這個物理學領域基礎的科學問題之一，讓物理學家輾轉幾百年，至今仍在探索。

從1984年開始，一群中國科學家用36年的時間，探索引力的本質究竟是什麼。對于一位科學家的科研生涯來講，36年很長。但是，在西方科學家主導了300多年的領域裡，中國科學家測出了世界最精确的萬有引力常數G的值，提出了空間引力波探測“天琴計劃”，這樣看來36年又很短。

基礎研究如何報效國家和社會？羅俊院士和天琴團隊在探索科學問題的過程中，用一個又一個重量級成果給出了答案。

“丢掉用錢買技術的幻想”

從牛頓1687年發表萬有引力定律，到卡文迪許第一次用扭秤實驗測出萬有引力常數G值，西方科學家主導這一領域的研究達300多年。

上世紀80年代，中國科學家羅俊及其團隊加入了測量萬有引力常數G的隊伍，開始用扭秤技術精确測量G值。

為了找到震動小、溫度恒定的實驗場所，他們把華中科技大學喻家山下的一處防空洞作為實驗室。山洞陰暗潮濕，但他們埋頭科研，一遍一遍地改進扭秤系統，不斷優化實驗方案，把扭秤的靈敏度提高再提高，把各種環境幹擾降低再降低。他們除去吃飯和睡覺，在山洞中度過了數不清的日日夜夜。

經過艱辛努力，2018年8月，《自然》雜志刊發了羅俊團隊最新測G結果，該團隊曆經艱辛測出了截至目前國際上最高精度的G值。

在探索引力本質的基礎研究道路上，依托各種引力實驗，他們從一開始就踏上了精密測量的應用研究之路。空間慣性傳感器就是其中的傑出代表。它是空間引力研究、空間引力波探測和重力衛星的核心設備，根據工作模式的選取。該設備精度高、技術難度大，僅有法國掌握其全部技術。

2001年，為了推動研究，羅俊與已研制出空間慣性傳感器的法國教授約好，專門赴法國商談國際合作。可是會面前，對方一直拒絕走出大樓當面交談，僅僅托人給了一些書面材料。

這讓他們深深感受到，“在門外等”永遠也不可能擁有核心技術，沒有核心技術就很難得到别人的尊重。

2009年，在巴黎的一個小型技術研讨會上，科學家們報告了空間慣性傳感器的研究情況，當西方科學家看到羅俊團隊研制的部分實物照片和地面測試結果時，兩次詢問是否是自己做出來的，詢問的語氣充滿了質疑。

午餐會上，羅俊與法國的空間慣性傳感器研制負責人商談購買對方更高精度産品的事宜，對方提出該儀器不是商品，是無價的，中國要想使用，“必須交換”。

“如何交換呢？就是他們給儀器，我們必須給他們原始數據。這是非常霸道無理的要求，意味着可能拱手送出國家機密！”羅俊說，經曆這件事後，團隊更加堅定了要走獨立自主的研究道路——自主設計實驗路線、自主制定測量方案、自主研發儀器設備。

“回顧過往，我想正是因為我們在西方碰壁碰得早，所以我們醒悟得早，早早地丢掉了用錢買核心技術的幻想，認清了核心科技大國競争隻能靠自己的殘酷現實，在後來的研究中堅定不移地走自主創新道路。”羅俊說。

中山大學天琴中心教授楊山清介紹，實現相關裝置設計及諸多技術細節均需團隊成員自己摸索、自主研制，在此過程中，他們研發出一批高精尖儀器設備，其中很多儀器将在地球重力場的測量、地質勘探等方面發揮重要作用。

“不要展示的樣品，要管用的産品”

多年來，在引力到引力波的研究過程中，羅俊團隊始終堅持着造“國之重器”的理念。羅俊經常對團隊說：“一個科學家選擇課題必須要頂天立地，滿足國家需求的科研方向是最具價值的。”

上世紀90年代，随着研究的不斷深入，團隊在引力研究領域的名氣越來越大。有關部門當時正好有一項技術難題亟須解決，便将這一項目半信半疑交給了團隊。但是，課題主管部門的專家心裡還是有疑問：物理學家概念理論多，能不能做出管用的産品呢？

羅俊的學生、華中科技大學引力中心主任周澤兵至今記憶猶新。他告訴記者：“羅老師知道他們的擔心，實際上一開始研究慣性傳感器，他就明确要求我，‘基礎物理研究要朝着應用産品去做，我們不要展示的樣品，我們要管用的産品’。這對我的科研觀影響特别大。”

為了完成這一課題，團隊使出渾身解數，向好的産品發起了“進攻”。引力實驗中要用到一種特殊的鋼球，每個球的圓度要精确到1微米，而能買到的這種球最高精度在5到10微米。中山大學天琴中心特聘研究員薛超回憶，團隊隻好自己慢慢地磨，光一個球就磨了9個月，精度最終達到了0.8微米。

“36年裡，這樣的例子有很多，我們像是打磨産品的工匠一樣。”周澤兵開玩笑說，“高度壓力下，我們就是靠着做産品的工匠精神，攻克一個又一個科學和技術難題的。”

科研團隊用幾十年的時間，應用精密測量技術，取得高精度星載加速度計的關鍵技術突破，打破了制約我國重力衛星研究的瓶頸。

“對事業負責，對國家負責”

随着引力研究的不斷深入，團隊積累了越來越多的經驗，也有了更寬的研究視野，大家心中裝着一個目标：實驗室研制的東西就是要到太空去經受檢驗。

羅俊對大家說：“要做航天産品，必須上天在軌道上檢驗，對我們自己的事業負責，也是對國家負責。我們要有決心，更要有信心！”

基礎研究“要上天試試”何其難？其間困難阻隔，難以計數。功夫不負有心人。2011年他們争取到了一次搭載飛行機會，用兩年時間研制出滿足該衛星平台的産品，并通過了一系列實驗和論證，2013年11月25日随某衛星發射升空！他們的喜悅是難以言表的，隻能用熱淚來表達。這是我國該類型空間慣性傳感器的首飛驗證，7年過去了目前仍在軌運行正常。

基于實驗室裡大量空間引力波探測關鍵技術的驗證，羅俊在2014年3月提出了“天琴計劃”，計劃在太空中建成一個引力波天文台來探測引力波，向着當今世界引力研究的最前沿、科學研究的新高峰發起挑戰。

2019年12月20日，搭載“天琴一号”衛星的長征四号乙運載火箭沖上雲霄，意味着中國醞釀近20年、正式提出5年多的天琴空間引力波探測計劃，正式進入“太空試驗”階段。

2020年5月21日，“天琴一号”傳來好消息，數據顯示，所有技術指标全部優于任務要求，達到國内同類技術的最高水平。羅俊院士說：“目前衛星狀态良好，下一階段将進入拓展實驗階段。”

目前，“天琴二号”各項工作正在穩步推進，關鍵技術取得突破，計劃在2025年前後發射。

在太空中探測引力波，不僅能夠看到宇宙演化的圖片，還能夠利用引力波探測聽到宇宙演化的聲音，相當于從看無聲電影到看有聲電影。羅俊說，引力波不能隻是科學展示品，而應該成為人類探測宇宙的實用工具，這就是LIGO首次探測到引力波之後，我們還要繼續做引力波探測的根本目的。

羅俊說：“‘天琴計劃’不僅僅吸引着有科學興趣的人，也越來越多地吸引着立志科研報國的各類人才。因為這個最終目标好似一個牽引器，它會‘生’出一個又一個國家急需的核心技術、戰略重器，這是作為科學家的責任。”（記者 龍躍梅 通 訊 員 黃 豔 趙現廷）

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