从清华园走出的“追光少年”

本文转自：中国科学报

■本报记者 陈彬

多年前，刚上大四的清华大学学生温家星问了自己一个问题：“怎样选择才不会让自己后悔？”

当时，他正和该校工程物理系副教授曾鸣、天文系教授冯骅讨论自己的毕业设计选题。一番商量后，两位老师给了他好几个选题。面对这些选择，温家星提出了那个问题。

几经思考，温家星给出了答案——尝试探测与引力波相关的伽马射线暴现象。这也是几个选题中最难的一个。

“最难的事往往最有意义，选择了它才不会后悔——成功最好，即便失败，起码尝试过。”回忆起当初的想法，温家星至今无悔。

多年后的2023年初，一个名叫“天格计划”的科研项目将4颗新的卫星载荷成功发射升空。这一计划最初的起点，正是多年前温家星的那个大胆选择。

“追光少年”从失败到圆梦

作为人类已知最剧烈的天体物理爆发现象，伽马射线暴自1973年被发现以来，便一直是天体物理学的前沿研究领域。以它为目标，温家星“招兵买马”，一个由30多名学生组成的伽马暴探测卫星研究兴趣团队正式成立。冯骅提出将项目命名为“天格”，寓意“天道酬勤、格物致知”。

抓住明亮伽马暴的物理特征，天格团队确定了研制纳卫星平台和紧凑型伽马射线探测载荷，组合后发送至太空获取数据的路线。但老师们建议，首先撰写一份充分论证可行性的科学报告书。

在老师的指导下，学生团队历时一年自主完成了“天格计划”的首份科学报告书和一个探测器原型机，并获得了清华大学“挑战杯”特等奖。

然而，在参加北京市“挑战杯”时，他们却遭遇了“滑铁卢”。原因之一是天格的想法新颖、超前，有的评委质疑“卫星是国家层面的事，你们本科生做得了吗？”没有得到任何名次的温家星“几乎是哭着回来的”。

但也正是在那个让人失意的暑假，天文学界发生了一件大事——科学家首次直接探测到来自双中子星合并的引力波事例，以及与之伴随的伽马射线暴事例。同时，多位国际学者也提出了与天格计划想法类似的纳卫星伽马暴探测科学项目。

“得知此消息，原本沮丧的学生一下子又‘支棱’起来了。”曾鸣说，这让他们坚信天格计划的方向没错。随着研究的深入，迅速发展的商业卫星行业激发出团队更多灵感，让他们有了更明晰的目标——专注研制卫星科学载荷，真正实现在轨科学观测。

“这一过程体现出天格计划一个突出特点。”曾鸣告诉《中国科学报》，从设立计划之初，他们就坚持天格计划是一个以本科生团队为主体的空间科学项目。“也就是说，在研究中，虽然老师们会深度指导，但始终坚持学生的主体地位。”

关于学生主体，曾鸣说，他们很骄傲的一点是，天格计划中所有的电路图、固件程序、软件程序都是学生亲手完成的。每名主力同学都会经历从学习入门到掌握担当的全过程，在体验团队协作的同时，收获成长和志趣。

学生是项目科学论证和硬件研制的主体，同时在研究中也学会了如何组织和领导多学科交叉队伍，实施小型的空间科学项目。

2022年3月，在天格计划团队凭借自己的科学观测获得全国大学生“挑战杯”特等奖后，曾鸣在朋友圈里写道：“从‘追光少年’第一幕的失败，到圆梦‘挑战杯’，几代学生持续努力，你们真的真的真的超级超级棒。”

两天“复活”卫星载荷

目前，整个团队累计发射了8颗卫星载荷，而他们成功发射第一颗载荷是在团队成立两周年时。彼时，在发射前的一个月，完成各项测试的卫星载荷刚刚交付，就在整星联调时由于技术疏忽烧坏了接口电路。一时间，震惊、沮丧、难过等情绪涌上所有队员的心头。

短暂调整心情后，大家决定立刻重新组装载荷。从将载荷带回北京，到大家合力“抢救”，一群学生不眠不休，仅用了两天时间。当学生们提着修复好的卫星载荷出发赶往飞机场时，时间已经是凌晨一点钟。

受访时，很多参与天格计划的学生都提到，与其他科技类社团相比，天格计划“不太一样”。该计划现任队长、清华大学本科生刘亦晖表示，传统科技类学生社团大多是一群爱好者的聚集，并没有明确的目标或主题，而天格计划的目标却非常明确——研制纳卫星载荷，探测与引力波成协的伽马射线暴。

曾鸣更倾向于将其归结为“真科研”带来的“真刀真枪”工程挑战。

“在教学设计中，我们是有很多实验环节和第二课堂实践的，但总体上，让学生探索未知的前沿科学问题的机会仍比较欠缺。”他解释说，天格计划的不同之处体现在两个方面。

一方面，伽马射线暴本身就是前沿科学问题，这样的“真”问题是可以吸引和鼓舞一批对基础科学具有“真志趣”的青年学生的。

天格计划发起之时，温家星曾向清华各院系学生科协群发了一封邮件，提到“研制一个真正的伽马射线暴（伽马暴）监测纳卫星”，请帮忙“招募”。一名叫郑煦韬的学生在收到邮件后，第一反应是：“这是诈骗邮件吧？”但他依然忍不住回复了邮件，报名“试一试”。

此后，郑煦韬成长为天格计划的第二任学生队长。

另一方面，天格计划学生团队研制纳卫星载荷虽然相对传统航天任务简单一些，但仍属于全流程的小型空间科学任务。学生们可以完整体验从科学目标到工程应用的全过程，并在“真刀真枪”的工程挑战中得到“理工结合”的综合锻炼。

对此，冯骅曾做过一个类比——上世纪六七十年代，美国国家航空航天局（NASA）曾大量利用探空火箭进行空间探测的技术验证。虽然探空火箭发射只有几分钟的时间窗口，但今天在美国空间科学界的领军人物，很多是在那个时代探空火箭小型任务中培养锻炼出来的学生或年轻学者。

熟悉天格计划的中国科学院院士顾逸东也曾评价说：“空间科学是一门实验科学，培养人才需要在真实实验环境中磨炼，不可能一蹴而就……对于这样一个具有复杂学科交叉的领域，全流程、真实的空间科学任务非常有利于学生成长。”

一份“延迟的快乐”

根据计划，天格项目将利用10~24颗探测器，在500~600公里的近地轨道进行组网，完成观测任务。目前，该工作仍在进行中。而随着天空中的卫星载荷越来越多，在地面上加入天格计划的学生和高校也多了起来。

2019年，清华大学、南京大学、中国科学院高能物理研究所等20余所高校和科研单位参与的“天格联盟”正式成立，对伽马暴的探索不再限于清华园。事实上，不久前成功升空的四个卫星载荷，就是由清华大学、南京大学、四川大学、北京师范大学等多所高校的学子共同研制的。

此时，温家星已经博士毕业，投身到激光聚变大科学装置的科研工作中。当被问及天格计划究竟给他带来何种收获时，他如此回答——

“当然有能力方面的提升，但对我来说，这并不是最重要的。”他表示，天格计划给他的最大帮助是让他体会到了一份快乐，确切地说，是一份“延迟的快乐”。

“当你为一件事付出巨大努力，经历长时间压力挑战，最后的成功所带来的快乐是无法想象的。”温家星说，作为本科生，面对天格计划这种具有挑战性的工程技术难题，攻克它的难度可想而知。“直到卫星发射，我们才感觉到那份快乐，但也正是这份快乐，让我此后愿意投入到更艰难的科学挑战中。”

如今的他更愿意追寻长远的目标。“因为我知道，只有经过更长时间的坚持和努力，才能够获得那份无与伦比的快乐。”

在曾鸣看来，这也是天格计划最重要的意义之一。

“天格计划无疑是一个空间科学项目，但如果能就此点燃学生们的兴趣，并让他们体会到科学探索的快乐，而不是将科研仅仅看作未来的一份工作，这比取得科学成果更重要，这也是科学教育的最重要目的。”他说。