科学家人工造出浪漫“流星雨”！

摘要：日前，一枚引人关注的“信使号”流星雨试验火箭（1/4缩比模型）和配套流星雨发射器（实物），经西安电子科技大学（以下简称“西电”）空间科学与技术学院谢楷教授及空天电子技术研究团队捐赠，落户该校博物馆。

刘思琦中青报·中青网记者孙海华

日前，一枚引人关注的“信使号”流星雨试验火箭（1/4缩比模型）和配套流星雨发射器（实物），经西安电子科技大学（以下简称“西电”）空间科学与技术学院谢楷教授及空天电子技术研究团队捐赠，落户该校博物馆。

这枚试验火箭背后的故事，首先回溯到2025年8月12日。

当晚，一年一度的英仙座流星雨迎来极大值。在我国戈壁深处，今年的绚烂夜幕中又多出了另一抹璀璨——22时30分，一枚名为“信使号流星雨”的试验火箭发出低沉轰鸣，腾空而起，经历数十秒的穿云破雾，它冲出大气，在天幕之巅骤然绽放。60簇炽烈光团宛若火树银花倾泻而下，与自然流星交相辉映，缓缓洒落于深邃天幕之中。

人造流星雨的轨迹划破银河夜空（为还原人眼观感，由多次长曝光拍摄堆叠合成）。西安电子科技大学供图

这场全国首次的“人工流星雨”试验圆满成功。这片绚烂光芒的制造者，就是谢楷教授和他带领的空天电子技术研究团队。

为什么要造一场人工流星雨？

人们常常仰望夜空，等待流星划过那一刻的惊喜与浪漫。那么，我们为什么要亲手“创造”流星？

“流星属于一种自然天象，当我们能通过科技手段创造流星，就成为人工天象的一种手段，可以人为控制流星出现的区域和时间，这对科学和应用都有重要的意义和价值。”谢楷说。

从科学角度讲，人造流星的成功发射，意味着人类拥有了向空间主动注入物质的科学手段。

例如，可以向特定区域发射人造流星群，实施电离层的人为扰动与干预；或者在人造流星的燃烧过程中注入特定稀有示踪离子，可用于研究高层大气的科学奥秘。

“好比将特殊颜色的墨水滴在水池里，再通过观察墨水在水池中如何扩散，从而知晓其中的流动演化是何形态。”谢楷介绍，高层大气与电离层中，存在许多尚未明确的物质输运和能量耦合机制，它们与众多未知的科学问题密切相关。与被动等待流星不同，人造流星使得实验过程主动可控，可以成为全新的科学手段，促进空间科学、地球物理、电磁学等领域开展新的研究。

2021年，谢楷教授在西电博物馆授课（资料照片）。西安电子科技大学供图

从应用价值来看，自然流星在高空大气层烧毁后形成的电离余迹，具有反射无线电波的特性，这就是所谓的“流星余迹”。利用流星余迹反射无线电波而进行的超视距通信，被称为“流星余迹通信”，是一种比较隐蔽和可靠的战略储备通信手段，在失去一切常规通信手段的极端条件下仍可进行远距离保底通信。

与自然流星余迹通信不同，人工流星不必被动等待某颗出现在预期位置的流星反射电磁波，而是可以人为调控流星位置、时间、数量，为应急通信主动提供“补给”。

人为调配流星的燃烧成分，可以让它的尾迹电子密度更浓、持续时间更长，从而反射更多数据信息。“借助一颗自然流星尾迹，较好情况下的数据传输率约为2kbps，即每秒100个汉字左右，但自然流星存在时间短、概率低，通常需要几分钟甚至数小时等待才能发出一条短信息。而人工流星可以任意调控数量和间隔，并让流星准确出现在预期反射位置，让更多信息连续不断地传输。”谢楷解释道。

人工流星雨发射当晚，这项技术也展现出其独特的商业潜力。沙漠的夜空被“人工流星雨”不断划过，数千名游客齐聚观赏，场面震撼而浪漫。随着技术的日趋成熟，未来它或许会像无人机表演一样，频繁现身于商业庆典、晚会等大型活动，以科学与艺术交织的形式成为夜空中最引人瞩目的亮点。

从“点火”到“发火”

人工流星雨试验并非仅是将燃烧物发射上天那么简单。

从物理学角度看，自然流星的生成机理是微小天体以极高速度进入大气层，在摩擦作用下发生燃烧并发光。

人造流星的实现需要模仿自然流星的两个关键特征：一是达到与自然流星相当的初始速度和高度，以目前技术而言，仅能通过火箭推进方式接近这样的速度要求；二是通过高温化学反应模拟流星的数千摄氏度高温燃烧过程，需要借助某些特殊的高能、高温化学反应。

此外，出于科学实验需求，往往还需掺入自然流星中不存在的、具有特征光谱的金属元素作为示踪剂，以便与自然流星区分，或满足特定实验观测的要求。

人工流星的研发，不仅需要克服高速投放、气动稳定与热焰防护等一系列关键技术难题，还面临着一项重要的安全性挑战——而这一点，差点让整个“人工流星雨”计划夭折在发射申请阶段。

能够达到流星高温条件的高能化学反应物质非常危险，为了让它们可以安全运输和装卸操作，必须经过“钝化处理”，就是让它不那么容易被引燃。因此，激发燃烧需要较高能量门槛，要借助一种隶属于“火工品”的引爆装置才能引燃。

“想象一下，一枚火箭带有60枚易爆危险品就成了炸弹，万一发射失败，甚至只要有一枚未引燃残骸掉落在沙漠中，都是巨大安全隐患。”谢楷解释，同时，考虑到试验现场往往有科研团队进行观测，加之数千名现场观赏流星，如果使用传统技术发射会有很大安全隐患。

另一个难点，是多颗流星簇的同时发射无法实现。传统火工品的原理是金属丝发热引燃敏感药，再通过多级装药产生爆轰波来触发高能化学反应。60枚火工品的点燃，需要数百安培电流负荷，火箭的电池系统和时序控制系统根本无法负担。

人工流星雨的试验，因上述技术问题一度搁置。西电科研团队的加入，让这场试验变为可能。

上世纪60年代，世界范围内关于流星余迹通信的研究步入空前活跃期。当时的形势下，中国人要在落后条件下展开这一领域的前沿研究，只能靠自己。

学校研究人员经过10余年攻关，研制成功我国第一套流星余迹通信系统。西安电子科技大学供图

1960年，流星余迹通信研究在西电不分昼夜地铺展开来。1965年，在当年一群二三十岁的年轻人手里，中国第一套双向流星余迹通信机诞生了。在只有电子管、没有集成电路的艰难年代，前辈们用简陋的分立元件设计出了高性能的流星余迹通信系统，代号取名为HX-101A。

从新生到成熟，从A型到E型，一机五代，成为中国在战略储备通信手段中的“底气”。

60年过去，当“人工流星雨”试验项目因技术难题搁置，新一代西电人再次站出来——在了解到这一技术瓶颈后，西电空间电子技术团队主动承担攻关任务，加入流星雨火箭团队负责开发新一代流星燃料点火发射系统。

研究团队基于长期的等离子体技术积累，创新性地提出了一种全新的点火激发机理——利用特定频率的强电场与含能材料中高价氧化学键产生共振效应。

“任何化学反应都是化学键的断裂与重新组合。我们的思路很简单——既要排除火工品保证安全性，又要打破化学键触发燃烧反应，于是尝试制造一个特定频率的交流电场，使化学键共振断裂，同样可以触发化学反应。”谢楷把“点火”概念变成“发火”，来诠释这项技术——一字之差，正是这项技术的原理创新：让化学反应直接从物质内部激发，不仅成功实现了含能物质的“冷态”发火和真空环境下的可靠引燃，更将点火实际所需的电能消耗降至传统火工品的1/50至1/100。

这项创新彻底消除了火工品这一安全隐患，使得试验项目顺利通过多轮严格的安全评审，获得了宝贵的发射许可。

有了想法，更要有实现的能力。团队需要在极短周期内完成从概念验证、系统研发、地面试验到上天应用的全流程攻关，而空天电子技术团队汇聚了科学家、工程师、系统总师、工艺师等多层次专业人才，形成了覆盖理论探索、技术研发与工程实现的完整链条体系。

三个月：一次“极限级”挑战

“人工流星雨”试验项目获得正式立项启动，已是2025年5月中旬。3个月后，一年一度的英仙座流星雨就将迎来观测高峰。

这意味着，短短3个月，研制团队不仅要完成流星点火发射器的产品研制，还要通过振动、高低温、冲击、湿热等一系列恶劣环境试验考核，同时进行各种极限点火状态的拉偏试验，最终按航天标准交付产品。时间极度紧张，任务异常艰巨。

由二级火箭改造的60枚流星发射器试验舱段。西安电子科技大学供图

“我们与火箭研发团队深度迭代，将整个研发流程倒推，将初样和正样阶段打通，而且将火箭总体方案设计、人工流星发射模式、点火器结构匹配、电气设计和接口匹配等工作全部并行开展，要做到整箭全系统一次迭代设计成功。”团队的电气负责人权磊老师亲身参与了计划制定，将电气系统研发流程的时间节点精确到每一天。

研发团队为流星雨火箭起名“信使号”，采用二级固体火箭改装方案，将原二级火箭位置改装成为专用流星发射舱段，舱内配置60个径向排列的流星体发射装置。

当一级火箭推进系统将试验舱段送达预定速度和高度后，火箭时序控制系统会按照预定程序，分阶段将各个流星体沿火箭径向抛撒。每一颗人工流星体实质上是具有分离推进功能的燃烧装置，在主火箭初始速度的基础上，以全向角度向四周离散发射。

为顺利完成任务，学校钱学森空间科学实验班首届本博贯通制的学生也加入到项目中。面对60套点火系统的繁重交付任务，他们不分昼夜，严格按照航天规范执行了一系列完整试验流程，将新技术可能引入的任何不确定风险全部排除。

工艺在路上——和Deadline的最后赛跑

“还是晚了一天，就差20个小时。”当团队和总装车间对接流星发射器的交付日期时，发现无论怎么规划，都差了一天。

从流星发射器的结构件抵达学校开始算起，依次要进行整机装配、整机测试、热密封工艺、环境试验等工序，每一项内容都有航天规范要求的时长，不是依靠提高效率和加班可以节省下的。这些固有时间加起来，怎么算都少了20小时，赶不上电气系统总装测试的时间节点。

团队师生在某试验场开展流星引燃试验。西安电子科技大学供图

绝对不能错过这场自然之美与航天科技交融的盛会！团队工艺负责人张宝老师果断决策：将其中的热密封工艺和后续测试流程分拆开，让“工艺在路上完成”。

张老师回忆，因为点火器要承受瞬时1000℃高温，需要一种特殊化学材料来密封所有缝隙，以确保向外发射的流星火焰不会穿过点火器进入火箭内部。这种耐热材料由液体填充变为耐高温固体状态，需要等待24小时。为省下这段时间，在热密封材料初步固化4小时不流淌时，就立即先行启运，在运输至总装地点途中完成最后20小时的剩余固化过程，再将固化后续尚未完成的试验在抵达后补全，让“工艺在路上继续进行”。

正是这次果断的决策和行动，为“人工流星雨”试验任务的顺利推进争取了至为关键的时间窗口。望着夜幕苍穹中那一串由自己亲手“播种”的光点划破夜空，团队成员无不欢欣鼓舞。