人們常常仰望夜空，等待流星劃過(guò)那一刻的驚喜與浪漫。它是宇宙無(wú)心的饋贈(zèng)，轉(zhuǎn)瞬即逝，可遇而不可求。但你是否想過(guò)，如果有一天，我們不用等待流星降落，而是親手“創(chuàng)造”流星？讓這份璀璨在指定時(shí)間和地點(diǎn)點(diǎn)亮蒼穹。這看似是天馬行空的“幻想”，被西安電子科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)變成“現(xiàn)實(shí)”。
長(zhǎng)曝光拍攝的人造流星雨軌跡劃破銀河夜空。
2025年8月12日22時(shí)30分，一枚特別的“信使號(hào)流星雨”試驗(yàn)火箭帶著低沉的轟鳴騰空而起。經(jīng)過(guò)數(shù)十秒的短暫征程后沖出大氣，在沙漠上空迸發(fā)出60簇?zé)肓夜鈭F(tuán)，如綻放的火樹(shù)銀花。在數(shù)千名游客的見(jiàn)證下，這場(chǎng)國(guó)內(nèi)首次的“人造流星雨”試驗(yàn)取得了圓滿成功，成功驗(yàn)證了人工天象的技術(shù)路線與實(shí)施能力、完成了多學(xué)科的科學(xué)觀測(cè)任務(wù)。
而這片絢爛光芒的制造者，就是西安電子科技大學(xué)空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授謝楷和他帶領(lǐng)的“空天電子技術(shù)”團(tuán)隊(duì)。這也是新疆地方政府積極推動(dòng)商業(yè)航天“科技+商業(yè)”融合模式的大膽嘗試，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)探索與旅游經(jīng)濟(jì)的雙贏格局。
為什么要造“人工流星雨”？
“首先流星屬于一種自然天象，當(dāng)我們能通過(guò)科技手段創(chuàng)造流星，就成為人工天象的一種手段，可以人為控制流星出現(xiàn)的區(qū)域和時(shí)間，這對(duì)于科學(xué)和應(yīng)用都有重要意義和價(jià)值。”謝楷介紹說(shuō)。
“人工流星簇”和一枚真實(shí)流星的“同框合影”。
從科學(xué)角度來(lái)看，人造流星的成功發(fā)射，意味著人類擁有了向空間中主動(dòng)注入物質(zhì)的科學(xué)手段。例如，可以向特定區(qū)域發(fā)射人造流星群，實(shí)施電離層的人為擾動(dòng)與干預(yù)；或者在人造流星的燃燒過(guò)程中注入特定稀有示蹤離子，可用于研究高層大氣的科學(xué)奧秘；流星產(chǎn)生的電離尾跡具備電磁波反射特性，可應(yīng)用于應(yīng)急通訊等特殊場(chǎng)景，等等。
“好比將特殊顏色的墨水滴在水池里，再通過(guò)觀察墨水在水池中如何擴(kuò)散，從而知曉其中的流動(dòng)演化是何形態(tài)。”謝楷舉例。
從物理學(xué)角度來(lái)看，自然流星的生成機(jī)理是微小天體以極高速度進(jìn)入大氣層，在摩擦作用下發(fā)生燃燒并發(fā)光。人造流星的實(shí)現(xiàn)需要模仿自然流星兩個(gè)關(guān)鍵特征：一是達(dá)到與自然流星相當(dāng)?shù)某跏妓俣龋阅壳凹夹g(shù)而言，僅能通過(guò)火箭推進(jìn)方式接近這樣的速度要求；二是通過(guò)高溫化學(xué)反應(yīng)模擬流星的數(shù)千攝氏度高溫燃燒過(guò)程，需要借助某些特殊的高能、高溫化學(xué)反應(yīng)。
此外，出于科學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，往往還需摻入自然流星中不存在的、具有特征光譜的金屬元素作為示蹤劑，以便與自然流星區(qū)分，或滿足特定實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的要求。
從“點(diǎn)火”到“發(fā)火”
人造流星雨試驗(yàn)遠(yuǎn)非將燃燒物發(fā)射上天那么簡(jiǎn)單，它需要攻克高速投放、氣動(dòng)穩(wěn)定、熱焰防護(hù)等一系列技術(shù)瓶頸，更面臨著安全性要求與技術(shù)實(shí)現(xiàn)的雙重挑戰(zhàn)。尤其在申請(qǐng)發(fā)射許可階段，安全性問(wèn)題曾一度成為難以逾越的障礙。
由二級(jí)火箭改造的60枚流星發(fā)射器試驗(yàn)艙段。
傳統(tǒng)方法需借助一類稱為“火工品”的引爆裝置（類似雷管）來(lái)引燃特殊化學(xué)物質(zhì)，這類物質(zhì)雖能量高、激發(fā)難，但在未觸發(fā)時(shí)相對(duì)穩(wěn)定。然而，我國(guó)將“火工品”列為一類易爆危險(xiǎn)品實(shí)施嚴(yán)格管制。若一枚火箭攜帶60枚此類裝置，一旦發(fā)射失敗，哪怕只有一枚未被引燃并隨殘骸墜入沙漠，都可能構(gòu)成嚴(yán)重安全隱患。考慮到試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)常有科研團(tuán)隊(duì)及數(shù)千名公眾參與觀測(cè)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“萬(wàn)無(wú)一失”的安全保障幾乎是不可能的任務(wù)。
除此之外，多顆流星簇同時(shí)發(fā)射也面臨極大困難。傳統(tǒng)火工品方案要實(shí)現(xiàn)30枚流星簇同時(shí)點(diǎn)火，所需電流高達(dá)三百安培，遠(yuǎn)超箭上電池負(fù)荷能力五倍以上。
面對(duì)這兩大難題，研究團(tuán)隊(duì)基于多年等離子體技術(shù)積累，提出了一種全新的點(diǎn)火激發(fā)機(jī)制：利用特定頻率的強(qiáng)電場(chǎng)，與含能材料中的高價(jià)氧化學(xué)鍵發(fā)生共振，從而直接切斷化學(xué)鍵、觸發(fā)燃燒。
“我們轉(zhuǎn)變思路，不再依賴火工品，而是嘗試制造一個(gè)特定頻率的交變電場(chǎng)，通過(guò)共振效應(yīng)從物質(zhì)內(nèi)部激發(fā)化學(xué)反應(yīng)。”該技術(shù)既不同于熱絲引燃，也區(qū)別于電弧點(diǎn)火，其最大創(chuàng)新在于實(shí)現(xiàn)了化學(xué)鍵的“電致共振斷裂”，從而顯著降低了能耗。
謝楷形象地詮釋這項(xiàng)突破：將“點(diǎn)火”變?yōu)椤鞍l(fā)火”。這一字之差，正體現(xiàn)了原理的根本創(chuàng)新——使反應(yīng)直接從物質(zhì)內(nèi)部激發(fā)，實(shí)現(xiàn)了含能材料的“冷態(tài)”發(fā)火和真空可靠激發(fā)，并將電能消耗降至傳統(tǒng)方式的1/50至1/100。
這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新一舉突破了兩大瓶頸：既將多點(diǎn)同時(shí)點(diǎn)火電流需求大幅降低，實(shí)現(xiàn)了數(shù)十枚流星簇的同步發(fā)射；更徹底擺脫了對(duì)火工品的依賴，從根本上保障了整個(gè)系統(tǒng)的安全性，最終助力流星雨試驗(yàn)順利通過(guò)靶場(chǎng)安全評(píng)審，成功獲得發(fā)射許可。
深空點(diǎn)亮人
作為該校錢(qián)學(xué)森空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)班首屆本博貫通制學(xué)生，吳金哲全程參與了流星點(diǎn)火系統(tǒng)的研制工作。在短短三個(gè)月的緊張周期內(nèi)，他隨科研團(tuán)隊(duì)共同完成了從概念設(shè)計(jì)到成功發(fā)射的全流程任務(wù)。面對(duì)60套點(diǎn)火系統(tǒng)的繁重交付壓力，他與研發(fā)團(tuán)隊(duì)嚴(yán)格遵循航天規(guī)范，依次完成了典試品試制、地面點(diǎn)火測(cè)試、環(huán)境模擬試驗(yàn)及最終交付驗(yàn)收等一系列完整流程。每一臺(tái)點(diǎn)火系統(tǒng)均經(jīng)過(guò)航天標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格檢驗(yàn)，全面排除了新技術(shù)引入的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
談及此次科研實(shí)踐，吳金哲深有感觸地表示，這是他首次參與真實(shí)的航天工程任務(wù)，真切體會(huì)到“系統(tǒng)工程”的復(fù)雜與嚴(yán)謹(jǐn)。正如老師所言，“航天是最典型的跨學(xué)科融合領(lǐng)域”。在項(xiàng)目中主要負(fù)責(zé)電路設(shè)計(jì)的他，在實(shí)際工作中還需與氣動(dòng)特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱防護(hù)、遙測(cè)通信等多個(gè)專業(yè)組緊密協(xié)作。研制過(guò)程中涉及的高壓絕緣技術(shù)、化學(xué)鍵分析、燃燒動(dòng)力學(xué)特性等跨學(xué)科知識(shí)，讓他深刻意識(shí)到自身知識(shí)結(jié)構(gòu)的不足，也更加激發(fā)了對(duì)廣度與深度學(xué)習(xí)的渴望。
實(shí)踐團(tuán)成員們凌晨還在復(fù)算最佳觀測(cè)位置和視場(chǎng)數(shù)據(jù)。
西安電子科技大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)師生及“航天筑夢(mèng)之旅”暑期實(shí)踐隊(duì)組成的15人試驗(yàn)隊(duì)全程參與了發(fā)射任務(wù)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)設(shè)備保障和流星測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)判讀，暑期實(shí)踐隊(duì)則承擔(dān)了第三批30枚流星簇落點(diǎn)觀測(cè)的關(guān)鍵工作。
8月11日至12日，在專業(yè)沙漠向?qū)У膸ьI(lǐng)下，實(shí)踐隊(duì)員深入沙漠腹地開(kāi)展實(shí)地勘察。基于自行計(jì)算的觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，團(tuán)隊(duì)在一片大型沙丘頂部找到了具備360度開(kāi)闊視野的理想觀測(cè)點(diǎn)位，并協(xié)助搭建起臨時(shí)觀測(cè)站。
8月12日晚22時(shí)30分，搭載60顆人造流星的火箭準(zhǔn)時(shí)發(fā)射升空。耀眼的尾焰與震耳欲聾的轟鳴劃破夜空，位于發(fā)射區(qū)2公里外的隊(duì)員們清晰感受到?jīng)_擊波的強(qiáng)烈震撼。
隨著火箭順利升空，60顆流星分三批次在預(yù)定高度依次綻放。守候在沙漠落點(diǎn)區(qū)的觀測(cè)團(tuán)隊(duì)成功記錄下30枚流星簇同時(shí)綻放的壯觀畫(huà)面，圓滿獲取了人工流星與自然流星同框的觀測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證了此次人工流星相比自然流星具有明顯光譜特征差異的任務(wù)目標(biāo)。
錢(qián)學(xué)森空間科學(xué)試驗(yàn)班首屆本博培養(yǎng)的學(xué)生全程參與了研發(fā)。圖片均由西安電子科技大學(xué)提供
未來(lái)，空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院將持續(xù)深化商業(yè)航天聯(lián)合教研基地建設(shè)，不斷推動(dòng)航天科技創(chuàng)新與人才培養(yǎng)深度融合。
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