面向“暗物质间接探测”和“伽马射线时域天文”两大国际竞争激烈的领域，中国科学院紫金山天文台牵头联合中国科学技术大学、中国科学院近代物理研究所、中国科学院国家天文台、临沂大学等单位（以下简称“VLAST合作组”）提出了甚大面积伽马射线空间望远镜（Very Large Area gamma-ray Space Telescope，VLAST）计划。VLAST是下一代旗舰型空间伽马射线望远镜，致力于引领下一个十年基于GeV伽马射线的暗物质间接探测及时域天文研究。

VLAST合作组开展了甚大面积伽马射线空间望远镜VLAST的关键技术攻关和原型样机研制（图1），并于2023-2024年分别由紫金山天文台郭建华研究员、李翔副研究员（均为中国科学院青年创新促进会会员）带队前往欧洲核子中心对其进行了高能电子、质子、核素和伽马光子等系列束流试验，完成对探测器的性能验证。

VLAST合作组针对探测需求，聚焦粒子鉴别、径迹探测、能量测量等三类关键技术，突破了高效反符合探测器和超大动态范围能量精确测量技术，实现了高信噪比的单面硅微条探测器的自主研制。 实验室测试结果表明：研制的反符合探测器，采用波长位移光纤实现低噪声的均匀读出，对单电荷最小电离粒子（MIPs）探测效率达到了99.93%以上；实现了单面硅微条径迹探测器的自主研发，位置分辨优于40μm；研制高颗粒度大动态范围的量能器，探测单元实现了200万倍大动态范围的能量精确测量。探测器的探测效率、位置分辨、动态范围等指标均优于设计指标。

基于前期的关键技术攻关，VLAST合作组完成了第一版原型样机研制，并于2023年9月-10月，2024年5月-6月，累计完成了5周的探测器束流试验（图2）。束流试验分别在欧洲核子中心（CERN）的Proton Synchrotron (PS)束流区和Super Proton Synchrotron (SPS)束流区进行（图3），完成了0.5-200 GeV的电子、150 GeV/核子的核素和0.5-4GeV的伽马光子的试验。试验共获得逾3千万事例，利用多种不同种类、能量的粒子对探测器进行了系统性测试（图4）。

通过这一系列束流试验，合作组对VLAST相关关键技术进行了初步验证。束流试验的结果进一步表明，探测器的一系列自主掌握新技术研发达到了预期，为VLAST计划的推进奠定了重要的技术基础。

该项目得到国家自然科学基金委创新研究群体项目、国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目（自由申请），以及中国科学院科研仪器设备研制关键技术团队项目、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等项目的支持。

图1 VLAST原型样机的部分探测器

图2 束流试验队部分成员合影

图3 左：2023年在SPS束流区的重荷核素束流试验现场；右：2024年PS束流区的伽马光子束流试验现场

图4 左上：VLAST原型样机对电荷的初步测量结果；右上：VLAST原型样机对电子能量的初步测量结果；左下：VLAST原型样机的击中位置分辨能力初步结果；右下：伽马光子束流试验中对磁铁的初步刻度结果。