常进和团队用20年积累的经验克服了“粒子鉴别”这个难题，又花了10年的时间使“悟空“达到了一百万倍的动态范围，并且它是国际上首次可以观测到TeV（万亿电子伏特）以上的波段的探测卫星。
演讲者 | 常进
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“悟空”在寻找什么？
演讲者：常进
各位不好意思，因为我最后才答应来录节目的，所以这个稿子良心保证是我写的。如果不拿稿子站在这儿，估计我不敢来了，拿稿子不是对你们不尊重，确实是我有一点儿紧张。今天到这儿来，第一，给大家科普一下暗物质的知识，第二，最主要的是给大家分享一下我这个基层科研工作者怎样一步一步把卫星做成功的。
1、暗物质和暗能量是现在的两朵乌云，如果能够弄清楚它，肯定会导致基础物理学产生很大的突破。
爱因斯坦讲，宇宙中最奇怪的是宇宙居然是可以理解的。我们只弄清楚了宇宙的5%，但宇宙中有95%是暗物质与暗能量，暗物质占宇宙的27%。全世界在暗物质方面都投入了大量的金钱，大量的经费去研究暗物质或暗能量，为什么呢？人们认为暗物质和暗能量是现在笼罩在物理学上面的两朵乌云，我们的生活发生了天翻地覆的变化也就是一百年前的两朵乌云导致的——相对论和量子力学，它们的发现导致了我们今天这个世界的变化，所以我们认为，暗物质和暗能量是现在的两朵乌云，如果能够弄清楚它，肯定会导致基础物理学产生很大的突破，所以这是暗物质为什么热门的原因。
我们这个卫星真正的创新，用一句话概括——是世界上第一次到天上去观察TeV（万亿电子伏特）以上的波段，相当于打开了宇宙新的观察窗口。我们大概在天上两年，把整个天区扫描了四次，天上每个角落我看了四遍，找到了三十五亿以上的高能粒子，然后在前面五百三十天，二十八亿个高能粒子里面，我们挑出了一百五十万个高能电子发表了第一篇文章，就刊登在《自然》上。总的来讲一句话，这次是世界上最精确的高端电子能谱。天文学家、粒子物理学家可以根据这个能谱去推测天上暗物质的可能的性质。
研究生毕业以后，我就分到中国科学院紫金山天文台，当时我国的空间天文几乎是一穷二白，我们国家的天文学家所用的所有的数据都来自于国外的卫星。70年代末80年代初的时候，我们紫金山天文台与中国科学院高能物理所联合研制了一个天文卫星，我们起步很早，跟日本人同步走的，但是我们的技术基础，还有国力，以及做卫星需要大量的经费，最后这个卫星没成功，中途下马。干大事还要看国家，国家实力不强，你想干大事也是不可能的事情，我们的空间天文要走到世界前列确实是路途遥远。
从1992年开始，我们国家加大对航天领域的投入，做一个小的设备搭载在我们国家的载人航天飞船上，到天上去观测，这个项目很成功，获得了大量的太阳耀斑。这个项目对我们国家的空间天文特别重要，为什么呢？因为这是我们国家第一次将空间设备送到天上去观测天体的高能辐射，也是因为这个项目我们才了解到，到天上干空间天文、干卫星一些基本的知识，机械、电、热、真空，等等，这些应该怎么做，这个项目为后来打下了坚实的基础。现在我们国家的空间天文比较有名的骨干，包括我，包括硬X射线调制望远镜的总工程师、专家都是来自于这个项目。所以，也为我们国家贡献了人才。
因为我们是第一次干，什么事情都是要看美国人怎么干，欧洲人怎么干。我当时的感受，第一，要跟着外国人后面干，第二，他们起步比我们早得多，要赶上他们难度很大。所以我当时在干这个项目的过程中，脑子里整天想着：有没有什么巧妙的方法开辟一条新的道路。
所以从1995年开始，除了干工程以外，我本人的研究方向重点研究了高能电子和高能伽马射线的观测方法。为什么呢？因为高能电子伽马射线的流量比较低，国际上也是刚刚起步，我对他们的卫星都很熟悉，在我看来那些方法或者技术并没有很高明，如果我们只要在一个方向稍微花点力气取得突破口，很可能使我们在短时间内赶上国际前沿，有可能取得世界一流的成果。有这个想法以后，我就在实验室里跟我的同事们开始琢磨，弄了三年，有一些经验但没有突破。
当时有一个机会到德国进修，因为我就盯住高能电子伽玛射线，凡是跟这个有关的我就参与讨论，拉住人聊，很短的时间内，我就在高能电子和伽马射线观测方法方面取得了突破。当时也巧，美国人有个项目就叫南极长周期气球项目，也就是放气球到天上去观测高能宇宙线。我一看这个项目，真的机会来了，仔细研究下这个探测器，我发现，将我的方法用上的话，完全可以用这样的探测器去观测高能电子和伽马射线。当时我就去找美国人谈，发邮件，美国人认为这是一个疯狂的想法，不可能实现，一口就回绝了我。但是我一步一步来嘛，从最基础的参数跟他算，一直算好了，后来美国人有点相信了，让我到美国去跟他们谈。
第一次去美国的时候，一下飞机，不管三七二十一先把你拉到实验室，那儿正有一帮人，好多人正在讨论我的方法，一来先给你一个下马威，讨论最基础的这些参数，然后给了你一个电脑，什么都没有。一天之内，从头开始要把我的想法变成程序，而且要把它算出来，所以三十六个小时我基本上没有合眼，拿出来的时候，参数跟他们这个基本上一致，第一关算过了。我光是理论上过没用，还要实验证明，后来美国人再把这个探测器拉到瑞士加速器上，用加速器的高能粒子来模拟天上的宇宙射线，也把我叫过去了，也是今天给数据，明天要结果。幸亏我爸爸妈妈培养了我很能吃苦的精神，所以这一关我也完成得比较漂亮。尽管我当时没有研究经费，也没有出钱帮他们做探测器，最后他们的结论是，美国人承认了我的方法是有用的。天上不可能掉馅饼的，只有撸起袖子加油干才能干出来。
2000年到2001年初，南极气球项目在南极放气球，气球有多大呢？大概有足球场那么大的气球，将近两吨的探测器要运到多高呢？要运到三十七公里的高空观测宇宙线。我用它的数据很容易的，也就两三天吧，马上把高能电子、高能伽马射线全部找出来。这个高能电子结果，我很高兴，也很自豪，是以我为第一作者发表的，因为用的是我的方法。这个经历告诉我两件事：第一，科学上“种瓜得豆”是常有的事。为什么呢？因为这个项目本来是搞宇宙线的，后来最主要的成果是高能电子，这不就是“种瓜得豆”吗；第二，只要人脚踏实地，一步一步地干，即使你没有研究经费也可以“借船出海“取得成功。
南极气球总共进行了四次飞行，在对南极数据分析的过程中，我们发现了一个奇异的现象，我们观察到的高能电子要比理论计算要多。这个时候我们急了，以为是仪器出了问题，我们花了一年的时间用各种各样的方法去检查是不是仪器出问题。后来我们证明不是仪器的问题，那不是仪器的问题，肯定是天上来的高能电子比理论模型要多，这些多出来的电子来自于哪儿呢？这个时候我们就联想到暗物质了。
因为气球观测进度是有限的，2002年开始，我就有想法做一个大的卫星到天上去观测高能电子和伽马射线。2001年到2010年这十年间，我还参与了我们国家“嫦娥一号”、“嫦娥二号”和“嫦娥三号”的探月工程，另外还在科学院的支持下，做了一个很小的暗物质粒子探测卫星，搭载在实践卫星到天上去观测。所以，我们实验室当时所想出来的所有先进的技术都在我们国家的重大工程或者这些卫星上得到了检验。不光是为国家做了贡献，同时也为暗物质卫星打下了坚实的基础。所以，没有这十年，我不可能只用四年时间就将这么复杂的暗物质卫星送上天。
2011年，中国科学院在国务院的委托下开始实施空间科学先导计划，由于我们前几年准备比较充分，我们的暗物质卫星是被科学院第一批准的。我的体会是，这个机会终于来了。我坚信一个项目的成功，不光是要坚持，另外只有你准备好了，机会来了你才能抓得住，如果你准备不好，光有想法，机会来了你也抓不住。
卫星工程太复杂了，我必须把全中国，甚至世界上能找到的最厉害的科学家都吸收到我这个队伍里来。我们这个卫星有多种探测器，BGO探测器是整个卫星的核心，卫星一点八吨重，它就一吨重。这时我想到什么？回母校找我的老师。比较幸运，我考取了科大近代物理系，后来我也以比较好的分数考取了中国科技大学的研究生。那时候研究生招生数目比较少，一般一个实验室就一个，几个老师带领一个。
但是那时候最大的问题是实验条件比较简单，一套比较好的仪器大家都要轮流用，这个实验室用完，才轮到下一个实验室用，所以我们经常轮到晚上，做实验经常到半夜三更。我的这些老师经常半夜三更从家里带点包子，烧点面条，炒点菜带过来，所以我对他们每个老师谁家喜欢吃辣的，谁家喜欢吃甜的最清楚。我跟他们说，这次不要你们炒菜了，让你们来做探测器。这是我开个玩笑，实际上我最打动他们的一句话是——老师们当初给我们上课的时候谈到国外卫星的机构，这个得诺贝尔奖是这个机构，那个得诺贝尔奖是那个机构，那种羡慕的眼光，那个时候他们就有一个梦想要做卫星，我说这个是我的梦想，也是你的梦想，甚至是整个天文界的梦想。有的老师年纪大了，有的退休了，但是又从家里赶来加入我们的队伍，还有好多关键技术是他们解决的。
什么关键技术呢？我们这个卫星总共有两大挑战，第一个是粒子鉴别，天上的粒子多种多样，打个比方，两千万人一个大城市，要让你在瞬间去找二十个人，不能弄错一个人，这个难度很大。幸亏我刚才讲的所有的故事的关键是粒子鉴别，我们在这一行干了二十年，有很深的积累，所以这个技术我们很快地攻破了。
第二点是动态范围，因为你不知道暗物质粒子多重，质量多大，现在都是漫天撒网去找暗物质，所以我希望做一个世界上最大的网，这个最大的网就要求单个探测器的动态范围要大，大到什么程度呢？一百万倍，什么叫一百万倍？我打个比方，把“悟空”望远镜当成人的眼睛，一个普通的篮球运动员大概两米高，要把他看得清清楚楚，脸上鼻子眼睛甚至他的器官，甚至他的所有东西都看见了，他身上要看到最小的什么呢？他身上的血小板，两个微米也要看得很清楚，到最高的他整个身体两米高，这个就是一百倍的动态范围。你想想难度多大，我们为了解决这个问题，花了十年，最后得到了科大的几个退休老师的帮助，干了两年，三十种不同的方案，最后才把这个我们认为最好的方案用到卫星上去。我们到了天上的数据下来，首先检查这个，发现几乎完美，十年的努力没白费。
我们上天三个月以后，前面三个月最主要是测试标定，结果出来以后，科学院把国内这方面的专家都请过来对我们这个卫星打分，给我们的评价是什么？是一百分。两年以后，我们再来看这个探测器，看这个卫星，发现所有的探测器都工作着呢，所有的参数和刚上天时候的一样，还是一百分的状态。
2、干航天一定要吹毛求疵，一定要捕风捉影。航天的责任太大了，一个焊点的失败可能会导致数亿甚至数十亿的卫星的失败。
卫星发射以后我流了好多次眼泪，不多讲，只讲我三次流泪。第一次流泪是我看到伽马射线天图，当看到伽马的分布的时候，我当时在火车上，我流泪了。这个基本上证明我们二百多人前面四年的工作基本上没有白费，探测器是能工作的，放下了我最大的担心，所以我眼泪流下来。我出生在江苏农村，因为我父母亲几年以前在农村，江苏泰兴农村一年的收入大概是两万块钱，我们这个卫星相当于泰兴几万户农民的收入。我父亲现在去世了，他去世之前老担心我会把这个卫星搞砸了，几万户农民一年就白干了。根据他的理解，这样的事我肯定要被国家抓起来。所以干暗物质卫星的事，我一直小心翼翼、踏踏实实，做好自己的每一件事情。
第二次流泪是在韩国一个国际会议上，看到日本人结果的时候。因为暗物质探测属基础科学，基础科学有个特点，只有第一，没有第二。所以我们和日本人的那个项目科学目标一样，我们俩人还是好朋友，但是他发射比我早几个月，所以我很担心他在我前面出什么大成果，但是真正的结果怎么样呢？他的成果比我小，根据我的预计，他的性能也比较差。当时在国际会议上，他的图一出来，我就流泪了。我当时就想，中国人还去日本买马桶盖，但现在这个暗物质，你不需要去日本了，到我们紫金山天文台就行了。
第三次流泪，是从卫星发展到现在已经六年了，压力很大，干航天一定要吹毛求疵，一定要捕风捉影。为什么？航天的责任太大了，一个焊点的失败可能会导致数亿甚至数十亿的卫星的失败。日本人前两天最先进的X射线卫星到了天上，一个指令发错卫星就解体了。这样的例子比比皆是，所以我做暗物质卫星四年，每天都是如履薄冰，确实是每天都很小心。好多人在这期间生病了，有的老师实际上还开过大刀，住院治疗是常有的事。最近一次流泪是当我看到短消息，我们有个骨干不明原因被送到医院去了，就是几天以前，当时就感觉干这份工真的太累了。
最后讲一下卫星工作，尽管我在这儿讲很风光，但它不是我一个人的功劳，是我们整个团队的功劳，我一个人没办法把它干出来的。我也不知道为什么我就变成“网红”了，我们后面还有很多的任务需要做，我希望大家对我们表示宽容，让我们安静地待在实验室里把我们该干的事情干好，谢谢大家！
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