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双百大赛二等奖作品-暗物质卫星科普片-刘雪琛
发布时间:2017-04-22 来源:中国科学技术大学网络科普 浏览:58

 

 

团队组成:刘雪琛、马思源、吴茂乾

创作背景:暗物质,即不能被光学观测到的物质。它和暗能量并称为笼罩现代物理学上空的乌云。关于暗物质的重大研究进展,有可能引发物理学的一场革命。目前,已有众多国家开展了暗物质探测项目,并相继发射了一些探测仪器。
我国于2015年发射了暗物质探测卫星“悟空”。该卫星由四部分组件构成,其中BGO量能器为核心组件,由中国科学技术大学近代物理系团队研制。BGO量能器由更小零件组装而成,研制与测试过程经历了若干阶段。近代物理系团队攻坚克难,圆满完成设计、研制与测试任务,为“悟空”上天做出了自己卓越的贡献。
 暗物质与暗物质探测、我国暗物质探测卫星及其核心组建BGO量能器、中国科大团队在其中的重要贡献,本着向公众介绍这三点情况的目的,我们团队结合材料与技术,设计创意与视频脚本并进行了实际制作。

核心创意:1)运用三维建模的方式,完整精细呈现BGO量能器的组件、组成结构和组装过程,配合解说词,给人以形象直观的感受与理解。
2)实拍素材与动画结合,纪实与解说相辅相成。

脚本要点   

  解说词 画面说明 备注
(视频标题) 片头;BGM参考紫金山天文台开头
近年来,越来越多的天文观测结果表明,宇宙的绝大部分由暗物质和暗能量构成。人类现有的标准物理模型可以解释的物质,只占整个宇宙的很小部分 星空与观测仪器、宇宙;宇宙组成扇形图,显示组分比例数字,暗物质部分闪烁 约20s
但是,除了引力效应外,人类对暗物质所知甚少,对暗物质粒子的探测和研究很可能突破现有的物理学模型,导致物理学新革命。 宇宙画面 约10s
探测暗物质的方法分为加速器对撞法,地下直接探测法和空间间接探测法。 特效展现实际照片 (部分画面可用材料中提供的图片,若材料中图片不全可上网搜索)
约30s
其中间接法是在空间环境中观测暗物质粒子衰变或相互作用后的次级产物来间接证明其存在。 三维动画展示原理
国际上已经开展的观测项目主要有:PAMELA卫星、费米卫星、AMS磁谱仪,等项目。 特效展现真实照片 约20s
在我国,中科院紫金山天文台联合中国科学技术大学等单位,提出了中国自己的暗物质探测计划——暗物质粒子探测卫星 约20s
与国际同类空间探测卫星相比,暗物质粒子探测卫星是迄今为止观测能段范围最宽,能量分辨率最高的空间宇宙线探测器。 展示卫星探测组件三维模型 约10s
卫星科学载荷自顶向下依次为塑闪阵列探测器,硅阵列探测器,BGO量能器,中子探测器其中,BGO量能器由中国科大核探测与核电子学国家重点实验室研制。 模型四部分分开,并有文字指示各部分;BGO量能器文字闪烁 约10s
BGO量能器是卫星有效载荷的关键子探测器,承担着精确测量高能粒子能量,并进行粒子鉴别的任务;同时,BGO量能器还提供宇宙射线在其中各层的击中信息,作为整个探测器系统触发信号产生的依据。 模型突出显示BGO量能器,旁边显示高能粒子观测动画、图谱 约30s
由于探测器通道多、结构复杂,对质量和可靠性要求极高,因此BGO量能器的任务难度很大。 穿插卫星模型与实际研制照片和视频 约10s
在BGO量能器的研制过程中,中国科大团队针对BGO量能器乃至整个暗物质粒子探测项目进行了完善可靠的设计和研发。包括整个卫星科学方案的规划、核心元件的选用和测试、科学应用系统的共建等。一些方案和选型也成为其他三个探测器研制的参考依据。 特效展示研发过程实拍照片 约30s
其中,针对BGO晶体“大动态范围读出”的关键技术攻关,科大团队创造性地提出“多打拿极”读出方案。经历30多版改进设计,最终性能好于国外垄断厂商产品。经专家评定得以采用。 展示研发实际照片 约20s
对于光电倍增管输出的多达一千八百多路电子学信号,中科大核探测与核电子学国家重点实验室的团队,独立设计了前端电子学电路板,用于信号的读出和测量,具有动态范围大、测量精度高、高可靠低功耗的特点。 展示研发实际照片;提到科大和实验室时展示校门、实验室标牌等画面;电路板制作三维模型展现 约20s
此外,中国科大团队针对探测器的各种组成元件进行了多项测试——BGO晶体光产额及均匀性测试、光电倍增管的性能测试、晶体的宇宙线测试、晶体和光电倍增管的安装。 展示测试工序照片 30s
前端电子学电路的生产和调试。该电路板分为三种型号,由中科大核探测与核电子学国家重点实验室研制并调试,所有通道性能良好,合格率百分之百。 研制调试照片 约20s
BGO探测器的安装,在位于烟台的航天五院513研究所进行。308根晶体分为14层交替垂直排列,插入碳纤维框架中。在每根晶体两端分别安装一个光电倍增管,每个光电倍增管有三路读出信号。在四个方向每一面安装三块屏蔽板,共四块前端电子学板。 BGO晶体组装以三维模型动画呈现;组装阶段照片与视频 约30s
BGO量能器的研制分为方案、初样和正样三个阶段。方案阶段研制的样机用于验证原理的可行性;初样阶段的鉴定件用来做各项试验已证明系统的可靠性;正样阶段研制的飞行件被用来在太空中工作。 特效呈现照片 约30s
鉴定件和飞行件需要进行多种环境试验——力学振动试验以验证结构强度可靠;常压热循环试验验证焊点和安装工艺的可靠性;EMC试验用于验证BGO量能器能忍受外界一定强度的电磁波干扰,且对外的电磁波辐射不影响其他设备; 真空热试验用于验证BGO量能器热设计的合理性,且证明它在真空环境的可靠性符合要求;此外,还进行了探测器老炼和剩磁试验等测试。 各阶段试验的照片 约1min
暗物质粒子探测卫星在欧洲核子研究中心进行了4次束流试验,用以对探测器进行标定。实验结果显示BGO量能器的分辨率已经达到世界最高水平。经过各项试验,BGO量能器的质量和可靠性得到了保证。 标定历史照片与性能图 约30s
正样件于2015年5月交付卫星总体,在卫星总体进行总装。中科大团队参与并配合整星进行力学、热真空等大型环境模拟试验 交付总装视频与照片 约10s
11月14日,暗物质粒子探测卫星及运载的长二丁火箭搭载装列,起运酒泉卫星发射中心。 新闻视频 约10s
中科大团队全程参与了卫星在基地的展开、星箭合体、发射场演练等工作,提供相关的探测器技术保障。 显示照片 约10s
2015年12月17日,暗物质粒子探测卫星在中国酒泉卫星发射中心发射升空。完成在轨测试后,即进行巡天观测和定向观测。12月20日,卫星各探测器的读出电子学开机,各项指标与地面测试一致。12月24日,高压电源开机,探测器工作正常。 新闻视频;工作人员记录视频 约30s
习近平总书记讲话视频
暗物质粒子探测卫星得到了党和国家的高度重视,它的成功发射标志着中国正式加入空间探测大国行列。 2016年3月17日,暗物质粒子探测卫星圆满完成了三个月的在轨测试任务,正式交付用户单位。 领导人视频、照片 约20s
作为中国科学探测卫星首发星,暗物质探测卫星承载着众多科学家的梦想,必将为人为探测暗物质的征程注入新的希望。 卫星探测动画 约20s 
 

视频链接:暗物质卫星科普片