解讀“太陽(yáng)軌道器”

劉安立 劉聲遠(yuǎn)等

歐空局的“太陽(yáng)軌道器”是一部朝向太陽(yáng)的3軸穩(wěn)定平臺(tái)。它有專門(mén)的熱盾來(lái)提供對(duì)它在近日點(diǎn)附近遭遇的強(qiáng)輻射的防護(hù)。“太陽(yáng)軌道器”所提供的穩(wěn)定平臺(tái)，能在一個(gè)電磁潔凈環(huán)境中同時(shí)進(jìn)行遙感勘測(cè)和原地測(cè)量。機(jī)載的21只傳感器能各自進(jìn)行原地和遙感探測(cè)實(shí)驗(yàn)，并且實(shí)驗(yàn)在處于或避開(kāi)太陽(yáng)強(qiáng)輻射的條件下都能進(jìn)行。

為了降低研發(fā)成本，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)原地和遙感儀器的全面運(yùn)作，“太陽(yáng)軌道器”繼承了之前一些任務(wù)的技術(shù)，例如“比皮科倫坡水星軌道器”的太陽(yáng)能電池板。這種電池板可繞自己的縱軸旋轉(zhuǎn)，避免在靠近太陽(yáng)時(shí)過(guò)熱。在飛越行星過(guò)程中遭遇日食期間，一組電池為“太陽(yáng)軌道器”補(bǔ)充電力。

遙感勘測(cè)、追蹤及指令亞系統(tǒng)，在X波段提供“太陽(yáng)軌道器”與地球之間的通信連接。該亞系統(tǒng)支持同步遙測(cè)、遙控指令和測(cè)距。低增益天線被用于發(fā)射及在軌初期，作為支持設(shè)備也將與中、高增益天線同時(shí)使用。高溫高增益天線需要指向一系列位置，以實(shí)現(xiàn)與地面站聯(lián)系，同時(shí)能夠向地球傳輸足量數(shù)據(jù)。該天線的設(shè)計(jì)參考了“比皮科倫坡”任務(wù)。該天線必須應(yīng)對(duì)高熱負(fù)載，并且要避免靜電勢(shì)堆積。在必要時(shí)，該天線還能卷起以獲得“太陽(yáng)軌道器”的熱盾保護(hù)。由于“太陽(yáng)軌道器”任務(wù)的軌道獨(dú)特性，向地球傳輸數(shù)據(jù)的總量會(huì)在任務(wù)期間高度變化。因此，大部分?jǐn)?shù)據(jù)起初將被存儲(chǔ)在機(jī)載數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且盡早傳回地球。

“太陽(yáng)軌道器”主要參數(shù)

飛行器 3軸穩(wěn)定平臺(tái)、熱盾、兩張可調(diào)太陽(yáng)能電池板。發(fā)射時(shí)體積：2.5×3.0×2.5立方米。

定向 指向太陽(yáng)

遙測(cè)波段 雙X波段

向地球的數(shù)據(jù)傳輸 150KB/秒（距離地球1天文單位）

與太陽(yáng)最近距離 0.28天文單位

發(fā)射日期 2020年

名義任務(wù)期 7年（包括巡航階段）

延長(zhǎng)任務(wù)期 3年

無(wú)操作和預(yù)計(jì)剩余壽命 2年

地面站 阿根廷馬拉格，35米天線，每天有效運(yùn)作時(shí)間4～8小時(shí)。

“太陽(yáng)軌道器”機(jī)載儀器

“太陽(yáng)軌道器”機(jī)載儀器由歐空局成員國(guó)、美國(guó)宇航局及歐空局本身研發(fā)?！疤?yáng)軌道器”的科學(xué)負(fù)載能進(jìn)行一系列原地和遙測(cè)實(shí)驗(yàn)，負(fù)載總重量為180千克。

原地探測(cè)儀

EDP 高能粒子探測(cè)器

它測(cè)量超熱和高能粒子的組成、出現(xiàn)時(shí)機(jī)和分布。測(cè)量結(jié)果有助于解答這些粒子的來(lái)源、加速機(jī)制和傳輸過(guò)程。

MAG 磁強(qiáng)計(jì)

它提供對(duì)它所在地日球磁場(chǎng)的高精度測(cè)量。這有助于詳細(xì)研究太陽(yáng)磁場(chǎng)與太空的關(guān)聯(lián)，以及太陽(yáng)磁場(chǎng)隨太陽(yáng)周期的演化。它也將有助于回答：粒子怎樣被加速以及在太陽(yáng)系（包括地球）傳播；日冕和太陽(yáng)風(fēng)怎樣被加速和升溫。

RPW 射電和等離子體波

RPW實(shí)驗(yàn)在“太陽(yáng)軌道器”機(jī)載儀器中頗為獨(dú)特，因?yàn)樗饶苓M(jìn)行原地探測(cè)也能進(jìn)行遙感測(cè)量。運(yùn)用一系列傳感器和天線，RPW將以高時(shí)間分辨率測(cè)量電場(chǎng)和磁場(chǎng)，確定太陽(yáng)風(fēng)中的電磁波和靜電波特點(diǎn)。

SWA 太陽(yáng)風(fēng)等離子體分析儀

它由一套傳感器組成，將測(cè)量太陽(yáng)風(fēng)中離子和電子的體特征（包括密度、速度及溫度），由此描述距離太陽(yáng)0.28～1.4天文單位的太陽(yáng)風(fēng)。除了探測(cè)太陽(yáng)風(fēng)的體特征之外，SWA還將測(cè)量太陽(yáng)風(fēng)中重要元素的離子組成。

遙測(cè)儀器

EUI 超紫外線成像儀

它將提供光球?qū)由戏教?yáng)大氣各層的序列圖像，由此描述太陽(yáng)表面與外層日冕之間的關(guān)聯(lián)，而正是這種關(guān)聯(lián)決定了星際介質(zhì)的特性。EUI還將從黃道外視角拍攝太陽(yáng)的首批紫外圖像。

METIS 日冕儀

它將同時(shí)拍攝日冕輻射的可見(jiàn)光、紫外光及遠(yuǎn)紫外光圖像，并在任務(wù)期間距離太陽(yáng)最近和最遠(yuǎn)時(shí)，以空前的時(shí)間覆蓋率和空間解析度探測(cè)整個(gè)日冕的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)。日冕在把太陽(yáng)大氣現(xiàn)象與這些現(xiàn)象在日球內(nèi)部的演化聯(lián)系起來(lái)方面起著重要作用。

PHI 偏振及日震成像儀

它將以高解析度全方位測(cè)量光球矢量磁場(chǎng)、視線角速度以及可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的連續(xù)體強(qiáng)度。視線角速度地圖所具有的準(zhǔn)確度，將有助于對(duì)太陽(yáng)內(nèi)部尤其是太陽(yáng)對(duì)流層地震（日震）的詳細(xì)調(diào)查。

SoloHI 日球成像儀

它將通過(guò)觀測(cè)可見(jiàn)太陽(yáng)光被太陽(yáng)風(fēng)電子散射的情況，以寬視角拍攝太陽(yáng)風(fēng)中的近似穩(wěn)定流和瞬變擾動(dòng)。它將提供獨(dú)特的測(cè)量，以幫助定位日冕物質(zhì)拋射。

SPICE 日冕環(huán)境光譜成像

它將進(jìn)行遠(yuǎn)紫外成像，遙感描述日冕等離子體特性。這將讓科學(xué)家把“太陽(yáng)軌道器”在軌測(cè)量到的太陽(yáng)風(fēng)流成分指征與太陽(yáng)風(fēng)流在太陽(yáng)表面的源頭區(qū)匹配起來(lái)。

STIX X射線光譜儀-望遠(yuǎn)鏡

它將對(duì)太陽(yáng)的熱和非熱X射線輻射進(jìn)行成像和光譜分析。它將對(duì)大多與太陽(yáng)耀斑或微耀斑有關(guān)的加速電子和高溫等離子體的時(shí)機(jī)、位置、強(qiáng)度及光譜提供量化信息。