"羲和號(hào)"成功發(fā)射 我國(guó)正式步入"探日"時(shí)代

馮華

10月14日，我國(guó)成功發(fā)射首顆太陽探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”。該星將對(duì)我國(guó)空間科學(xué)探測(cè)及衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展具有重要意義，標(biāo)志著我國(guó)正式步入“探日”時(shí)代。

及時(shí)開展太陽探測(cè)活動(dòng)

“太陽對(duì)地球演化和人類文明發(fā)展的作用不可或缺;同時(shí)太陽對(duì)地球的影響也無所不在，主要體現(xiàn)在太陽爆發(fā)產(chǎn)生大量帶電高能粒子，對(duì)地球電磁環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，其中尤以太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射對(duì)地球電磁環(huán)境影響最為顯著。”國(guó)家航天局對(duì)地觀測(cè)與數(shù)據(jù)中心主任、高分辨率對(duì)地觀測(cè)重大專項(xiàng)工程總設(shè)計(jì)師趙堅(jiān)介紹，太陽活動(dòng)周期約11年，當(dāng)前正處于第二十五個(gè)太陽活動(dòng)周期，全世界又進(jìn)入太陽研究新的高峰期。

據(jù)介紹，太陽黑子存在于太陽光球表面，是磁場(chǎng)的聚集之處。其數(shù)量和位置每隔一段時(shí)間會(huì)發(fā)生周期性變化。太陽耀斑是太陽活動(dòng)的重要表現(xiàn)，是太陽表面局部區(qū)域突然和大規(guī)模的能量釋放過程，所輻射出的光的波長(zhǎng)橫跨整個(gè)電磁波譜。日冕物質(zhì)拋射是太陽釋放能量的另一種形式，一次巨大的太陽爆發(fā)日冕物質(zhì)拋射事件，可讓數(shù)十億噸的物質(zhì)短時(shí)間內(nèi)離開太陽，噴射到宇宙空間。

從世界范圍來看，自20世紀(jì)60年代以來，隨著航天技術(shù)的快速發(fā)展，全世界已發(fā)射了70多顆太陽觀測(cè)衛(wèi)星，聚焦于太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射的觀測(cè)研究。當(dāng)前的主要趨勢(shì)是對(duì)太陽結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)、黑子、耀斑、太陽大氣等進(jìn)行綜合觀測(cè)和抵近觀測(cè)。

“探測(cè)和研究太陽活動(dòng)，提出應(yīng)對(duì)措施，能夠降低或規(guī)避對(duì)地球的不利影響。我國(guó)作為航天大國(guó)，及時(shí)開展太陽探測(cè)活動(dòng)十分必要?！壁w堅(jiān)介紹，我國(guó)目前已經(jīng)制定了兩個(gè)太陽探測(cè)計(jì)劃，分別是“羲和”和“夸父”探測(cè)計(jì)劃，這是太陽探測(cè)的中國(guó)方案和中國(guó)貢獻(xiàn)。羲和是中國(guó)上古神話中的太陽女神，掌管時(shí)間和歷法，并以太陽母親的形象為人們所認(rèn)知?！棒撕吞?hào)”實(shí)現(xiàn)了我國(guó)太陽探測(cè)破冰之旅;“夸父”探測(cè)計(jì)劃則是研制發(fā)射先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)衛(wèi)星，對(duì)太陽進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)，已納入中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)計(jì)劃，計(jì)劃于明年發(fā)射。

將首次實(shí)現(xiàn)空間太陽Hα波段光譜成像探測(cè)

專家介紹，此次發(fā)射的“羲和號(hào)”衛(wèi)星全稱是太陽Hα光譜探測(cè)與雙超平臺(tái)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，主要科學(xué)載荷為太陽空間望遠(yuǎn)鏡?！棒撕吞?hào)”整星重量508公斤，設(shè)計(jì)壽命3年，運(yùn)行于517公里高度、傾角98度的太陽同步軌道;該軌道將經(jīng)過地球的南北極，能夠24小時(shí)連續(xù)對(duì)太陽進(jìn)行觀測(cè)。

趙堅(jiān)認(rèn)為，“羲和”太陽探測(cè)計(jì)劃緊緊圍繞太陽探測(cè)熱點(diǎn)問題，提出中國(guó)特色太陽探測(cè)模式，如將實(shí)現(xiàn)國(guó)際首次太陽Hα波段光譜成像的空間探測(cè);首次提出天文光譜測(cè)速導(dǎo)航新方法和新技術(shù)等，都具有重要意義。

什么是太陽Hα譜線？專家解釋，太陽Hα譜線是研究太陽活動(dòng)在光球和色球響應(yīng)時(shí)最好的譜線之一，通過對(duì)該譜線的數(shù)據(jù)分析，可獲得太陽爆發(fā)時(shí)的大氣溫度、速度等物理量的變化，研究太陽爆發(fā)的動(dòng)力學(xué)過程和物理機(jī)制。

“之前只能在地球上對(duì)Hα譜線進(jìn)行探測(cè)，受大氣干擾，探測(cè)數(shù)據(jù)不連續(xù)、不穩(wěn)定?，F(xiàn)在通過‘羲和號(hào)’探測(cè)，對(duì)其進(jìn)行高分辨率成像，46秒內(nèi)就能獲得全日面1600萬個(gè)點(diǎn)上的光譜，在300余個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)上同時(shí)獲得色球和光球的二維圖像，可以更加準(zhǔn)確地獲得太陽爆發(fā)時(shí)大氣溫度、速度等物理量的變化，進(jìn)而建立太陽爆發(fā)從光球到日冕的完整物理模型?！壁w堅(jiān)介紹，“羲和號(hào)”衛(wèi)星在軌開展的相關(guān)試驗(yàn)，是國(guó)際上第一次在太空進(jìn)行Hα譜線研究，有望獲得有國(guó)際影響力的科學(xué)產(chǎn)出，將顯著提高我國(guó)在太陽物理領(lǐng)域的國(guó)際影響力。

中國(guó)航天科技集團(tuán)八院太陽探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師程衛(wèi)強(qiáng)表示，衛(wèi)星空間太陽Hα波段的光譜成像探測(cè)可一次實(shí)現(xiàn)三大科學(xué)目標(biāo)：觀測(cè)太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射的光球及色球表現(xiàn)，揭示太陽爆發(fā)的源區(qū)動(dòng)態(tài)特性和觸發(fā)機(jī)制;觀測(cè)太陽暗條形成和演化過程的色球表現(xiàn)，揭示其與太陽爆發(fā)的內(nèi)在聯(lián)系;獲取全日面Hα波段多普勒速度分布，研究太陽低層大氣動(dòng)力學(xué)過程，為解決“太陽爆發(fā)由里及表能量傳輸全過程物理模型”等科學(xué)問題提供重要支撐。

當(dāng)前國(guó)際上，太陽探測(cè)已成為熱點(diǎn)，我國(guó)在太陽觀測(cè)領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)量已居世界第二位，但是使用的數(shù)據(jù)均來自于國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)?！啊撕吞?hào)’發(fā)射成功后，將打破這種被動(dòng)局面，我國(guó)將成立衛(wèi)星數(shù)據(jù)科學(xué)委員會(huì)，制訂數(shù)據(jù)政策，供國(guó)內(nèi)外科學(xué)家研究、使用、共享衛(wèi)星探測(cè)數(shù)據(jù)，力爭(zhēng)產(chǎn)生原創(chuàng)性科學(xué)成果，為人類科學(xué)事業(yè)做出中國(guó)貢獻(xiàn)。”趙堅(jiān)說。

首創(chuàng)“雙超”平臺(tái)

“羲和號(hào)”衛(wèi)星的創(chuàng)新意義不僅僅體現(xiàn)在太陽探測(cè)方面。它采用國(guó)際首創(chuàng)的“雙超”新技術(shù)衛(wèi)星平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了載荷在軌指向的超高精度和超高穩(wěn)定度控制，比目前同等慣量的衛(wèi)星平臺(tái)提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，業(yè)內(nèi)稱之為“雙超”平臺(tái)，將推動(dòng)我國(guó)高精度衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)跨越性發(fā)展。

隨著我國(guó)航天產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)地觀測(cè)、空間科學(xué)等各類航天任務(wù)對(duì)高性能衛(wèi)星平臺(tái)的需求越來越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高穩(wěn)定度指標(biāo)的衛(wèi)星平臺(tái)。

“傳統(tǒng)衛(wèi)星采用平臺(tái)艙和載荷艙固連的設(shè)計(jì)方法，因此平臺(tái)艙活動(dòng)部件振動(dòng)會(huì)不可避免地傳遞至載荷，造成觀測(cè)質(zhì)量下降?！背绦l(wèi)強(qiáng)介紹，在國(guó)家航天局支持下，衛(wèi)星研制團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次采用了“動(dòng)靜隔離非接觸”總體設(shè)計(jì)新方法，將平臺(tái)艙與載荷艙物理隔離，并將飛輪、太陽帆板等微振動(dòng)源集中于平臺(tái)艙，太陽Hα光譜儀放置于載荷艙，采用磁浮控制技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩者物理非接觸隔離，不僅阻斷了平臺(tái)艙微振動(dòng)的傳遞路徑，同時(shí)解決了平臺(tái)艙熱變形對(duì)載荷艙影響，使載荷控制精度和穩(wěn)定度提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

“羲和號(hào)”發(fā)射成功，標(biāo)志著我國(guó)自主研發(fā)的超高指向精度、超高穩(wěn)定度“雙超”衛(wèi)星結(jié)構(gòu)平臺(tái)順利進(jìn)入應(yīng)用階段。

與此同時(shí)，“羲和號(hào)”衛(wèi)星還將在軌驗(yàn)證無線能源傳輸、艙間無線通信、艙間激光通信、重復(fù)連接釋放、艙間電纜脫落與收納、原子鑒頻太陽導(dǎo)航儀等多項(xiàng)新技術(shù)和新產(chǎn)品。

趙堅(jiān)介紹，“羲和號(hào)”高性能技術(shù)衛(wèi)星平臺(tái)在軌試驗(yàn)成功后，將大幅提升我國(guó)空間觀測(cè)技術(shù)水平。未來，“雙超”平臺(tái)技術(shù)還將在高分辨率對(duì)地詳查、大比例尺立體測(cè)繪、太陽立體探測(cè)、系外行星發(fā)現(xiàn)等新一代航天任務(wù)中推廣應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)空間科學(xué)領(lǐng)域、航天技術(shù)領(lǐng)域跨越式發(fā)展。（據(jù)《人民日?qǐng)?bào)》）