“先進(jìn)天基太陽天文臺”衛(wèi)星任務(wù)概況

■黃宇 鄧?yán)?熊薇明 甘為群

(1 中國科學(xué)院紫金山天文臺暗物質(zhì)與空間天文院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2 中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院 3 中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)

1 項(xiàng)目背景

2 衛(wèi)星科學(xué)目標(biāo)與任務(wù)

3 ASO-S衛(wèi)星工程方案

衛(wèi)星系統(tǒng)

運(yùn)載火箭系統(tǒng)

地觀測太陽，只有在每年5 至8 月衛(wèi)星會短時(shí)間進(jìn)入地球陰影，最長不過18min。

發(fā)射場系統(tǒng)和測控系統(tǒng)

ASO-S 衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，主要完成衛(wèi)星發(fā)射的適應(yīng)性改造及衛(wèi)星與火箭的發(fā)射技術(shù)保障任務(wù)；測控工作由西安衛(wèi)星測控中心負(fù)責(zé)，主要完成火箭發(fā)射階段外測、遙測、安控等任務(wù)，完成衛(wèi)星發(fā)射及在軌運(yùn)行期間對衛(wèi)星的跟蹤測軌、遙測、遙控等任務(wù)。

地面支撐系統(tǒng)

地面支撐系統(tǒng)由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心負(fù)責(zé)研制，其中科學(xué)數(shù)據(jù)地面接收由中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所負(fù)責(zé)。系統(tǒng)的主要任務(wù)是實(shí)施衛(wèi)星和有效載荷在軌運(yùn)行管理及狀態(tài)監(jiān)視，完成科學(xué)數(shù)據(jù)的接收、預(yù)處理以及數(shù)據(jù)產(chǎn)品的管理與歸檔服務(wù)。

科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)

科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)由中國科學(xué)院紫金山天文臺負(fù)責(zé)研制[6]。主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星觀測計(jì)劃的制定，對每天觀測的科學(xué)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行管理并生產(chǎn)為高級數(shù)據(jù)產(chǎn)品，研制數(shù)據(jù)生產(chǎn)和數(shù)據(jù)分析軟件，為科學(xué)用戶提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品、數(shù)據(jù)分析軟件以及用戶手冊。衛(wèi)星上3 個(gè)載荷每天觀測到的大約500GB 數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后連同數(shù)據(jù)分析軟件將通過科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)和地面支撐系統(tǒng)對全球太陽物理及相關(guān)領(lǐng)域研究者開放，實(shí)行數(shù)據(jù)共享政策，共同實(shí)現(xiàn)ASO-S 衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)。

4 有效載荷配置

為實(shí)現(xiàn)“一磁兩暴”的科學(xué)目標(biāo)，ASO-S 衛(wèi)星配備了3 臺有效載荷：全日面矢量磁像儀[7-8]，用來觀測太陽全日面矢量磁場，其主要特點(diǎn)是縱向磁場測量的靈敏度可以達(dá)到5Gs 和全日面矢量磁場的時(shí)間分辨率可達(dá)40s；萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡[9-11]，主要用來觀測日冕物質(zhì)拋射的形成和近日冕傳播，其可以從日心到2.5 個(gè)太陽半徑同時(shí)在萊曼阿爾法譜線波段和白光連續(xù)譜波段進(jìn)行成像；硬X 射線成像儀[12-13]，主要用來觀測太陽耀斑的非熱輻射形態(tài)及能譜特征，其成像原理是基于傅里葉變換間接成像。

全日面矢量磁像儀

FMG 載荷對太陽磁場的測量主要是基于塞曼效應(yīng)，選擇采用了Fe I 532.42nm 磁敏譜線進(jìn)行磁場測量。FMG 載荷偏振光學(xué)系統(tǒng)由7 級雙折射濾光器和液晶調(diào)制型偏振分析器組成。

FMG 載荷的主要技術(shù)指標(biāo)：

1）口徑：140mm；

2）視場：34′（全日面）；

3）空間分辨率：優(yōu)于1.5；

4）觀測譜線：Fe I 532.42nm；

5）濾光器波長穩(wěn)定度：優(yōu)于0.002nm；

6）時(shí)間分辨率：常規(guī)觀測模式生成單幅磁圖的時(shí)間為30s，生成矢量磁圖的時(shí)間為2min；快速模式生成單幅磁圖的時(shí)間為8s，生成矢量磁圖的時(shí)間為40s。

7）磁場靈敏度：常規(guī)模式下，縱向磁場測量靈敏度15Gs，橫向磁場測量靈敏度270Gs。深積分模式（18min），F(xiàn)MG 測量靈敏度可達(dá)縱向磁場5Gs、橫向磁場150Gs。

萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡

LST 由萊曼阿爾法日冕儀（SCI）、萊曼阿爾法全日面成像儀（SDI）和白光太陽望遠(yuǎn)鏡（WST）組成，將集中在對“兩暴”的觀測，尤其是對日冕物質(zhì)拋射（CME）的觀測。LST將首次實(shí)現(xiàn)萊曼阿爾法波段和白光波段的全日面和內(nèi)日冕成像觀測。即在萊曼阿爾法紫外波段（Lyα121.6±10nm）和白光波段（360±1nm）對全日面，在萊曼阿爾法（Lyα121.6±10nm）和白光波段（720±20nm）對內(nèi)日冕進(jìn)行高時(shí)間、高空間分辨率的成像觀測，全天候監(jiān)視太陽并對太陽耀斑和CME 等活動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行觀測，以研究耀斑和日冕物質(zhì)拋射的形成和演化，特別是研究日冕物質(zhì)拋射的早期形成和演化。

LST 載荷主要技術(shù)指標(biāo)：

1）萊曼阿爾法日冕儀（SCI）

A.視場：1.1～ 2.5 R；

B.觀測波段：121.6±3nm，700±20nm；

C.空間分辨率：優(yōu)于4.8；

D.雜散光抑制要求：1×10-6B @1.1R～5×10-8B @2.5R （可見光波段）。

2）全日面成像儀（SDI）

A.視場：≥38.4′（全日面）；

B.觀測波段：121.6±3nm；

C.空間分辨率：優(yōu)于1.2。

3）白光太陽望遠(yuǎn)鏡（WST）

A.視場：≥38.4′（全日面）；

B.觀測波段：360±1nm；

C.空間分辨率：優(yōu)于1.2。

硬X 射線成像儀

HXI 主要是對30keV 至200keV 的高能輻射進(jìn)行高能量分辨和高時(shí)間分辨的成像觀測。在三軸穩(wěn)定的ASO-S 衛(wèi)星平臺上，HXI 對太陽硬X 射線進(jìn)行調(diào)制測量，并能夠根據(jù)X 射線流量情況判斷太陽爆發(fā)活動(dòng)自動(dòng)切換時(shí)間分辨率進(jìn)行記錄。HXI 采用了陣列空間調(diào)制的傅里葉變換合成成像的工作原理，最細(xì)光柵節(jié)距為36μm，其中縫寬18μm。HXI 載荷的傅里葉分量相較于國際空間調(diào)制成像同類設(shè)備有大幅提高。

HXI 載荷的主要技術(shù)指標(biāo)：

1）觀測視場：40′（全日面）；

2）觀測能段：30～200keV；

3）能連分辨率：27%@32keV；

4）時(shí)間分辨率：優(yōu)于0.5s；

5）空間分辨率：優(yōu)于6。

5 結(jié)束語

ASO-S 衛(wèi)星預(yù)期經(jīng)過4～6 個(gè)月的在軌調(diào)試階段，將交付用戶進(jìn)入正常工作模式。ASO-S 衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命不少于4 年，可完整覆蓋太陽活動(dòng)第25 周峰年。為了取得預(yù)期的成果，ASO-S 科學(xué)團(tuán)隊(duì)正在極力爭取各方的支持，努力為國內(nèi)外太陽物理學(xué)家圍繞ASO-S 數(shù)據(jù)開展太陽物理前沿研究提供優(yōu)質(zhì)的平臺，包括與2021 年10 月發(fā)射的我國第一顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號”[14]的緊密合作，期待“早出成果，多出成果，出大成果”。