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我國首顆探日衛(wèi)星羲和號成功發(fā)射我國太陽探測計劃拉開帷幕

2021-10-15 09:55:14 來源：快科技

10月14日18時51分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征二號丁運載火箭，成功發(fā)射我國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”。

它將在國際上首次實現(xiàn)太陽Hα波段光譜成像的空間探測，填補太陽爆發(fā)源區(qū)高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)的空白，提高我國在太陽物理領(lǐng)域研究能力，對我國空間科學(xué)探測及衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

【為什么要探測太陽？】

太陽目前正處于壯年期(壽命約100億年)，是一顆時時刻刻發(fā)生氫、氦核聚變、發(fā)光發(fā)熱的巨大恒星，為我們藍(lán)色地球帶來了光明與能量，是地球萬物生長的源泉。

太陽對地球演化和人類文明發(fā)展的作用是不可或缺的，同時太陽對地球的影響也是無所不在，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)拋射對地球電磁環(huán)境影響最為顯著。

太陽活動周期約11年，2021-2022年是人類有記錄以來的第25個太陽活動周期的開始，全世界又進入太陽研究新的高峰期。

探測和研究太陽活動，提出應(yīng)對措施，可以降低或規(guī)避對地球的不利影響。

我國作為航天大國，及時開展太陽探測活動，十分必要，不能缺席。

【人類太陽探測概況】

20世紀(jì)60年代以來，全世界已發(fā)射了70多顆太陽觀測衛(wèi)星，主要來自美國、俄羅斯、日本等發(fā)達(dá)國家，聚焦太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射的觀測研究。

太陽黑子存在于太陽光球表面，是磁場的聚集之處，其數(shù)量和位置每隔一段時間會發(fā)生周期性的變化。

太陽耀斑是一種強烈的輻射爆炸，是太陽系中最激烈的局部區(qū)域的爆炸事件，它所輻射出的光的波長橫跨整個電磁波譜。

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)短時間內(nèi)離開太陽，噴射到宇宙空間。

近期典型的太陽探測器，如2006年10月美國發(fā)射的世界第一對孿生太陽觀測衛(wèi)星——日地關(guān)系觀測平臺，對太陽黑子爆發(fā)時進行了三維成像，幫助科學(xué)家們研究太陽周邊環(huán)境以及太陽活動對整個太陽系造成的影響；

2009年1月，俄羅斯發(fā)射了“科羅納斯”太陽探測衛(wèi)星，探測太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)及太陽活動對地球氣候、大氣層及生物圈的影響；

2018年美國“帕克”太陽探測器發(fā)射升空，近距離對太陽結(jié)構(gòu)進行探測，獲得了相當(dāng)?shù)某晒?/p>

當(dāng)前世界主要趨勢是對太陽結(jié)構(gòu)、磁場、黑子、耀斑、太陽大氣等進行綜合觀測和抵近觀測。

【中國的太陽探測計劃】

我國在火星探測、月球探測方面已經(jīng)取得舉世矚目的成就。“天問一號”首次火星探測任務(wù)圓滿實現(xiàn)了對火星的繞、落、巡，“嫦娥五號”月球探測器成功實現(xiàn)了月球樣品的采樣返回。

現(xiàn)在，我國的太陽探測計劃已經(jīng)拉開帷幕，揭開其神秘的面紗。

中國目前制定了兩個太陽探測計劃，分別是“羲和”和“夸父”探測計劃。

“羲和”號是發(fā)射太陽Hα光譜探測與超高指向精度、超高穩(wěn)定度衛(wèi)星平臺試驗的科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星，實現(xiàn)我國太陽探測破冰之旅。

羲和是中國上古神話中的太陽女神，是掌管時間和歷法的太陽神，并以太陽母親的形象為人們所認(rèn)知。

此名取義“效法羲和馭天馬，志在長空牧群星”，象征中國對太陽探索的緣起與拓展。

“夸父”計劃是研制發(fā)射先進天基太陽天文臺衛(wèi)星，對太陽進行科學(xué)觀測，已納入中國科學(xué)院先導(dǎo)計劃。

夸父源自《山海經(jīng)》，夸父追日，最后化身為夸父山的傳說廣為人們所熟知。

“羲和”號衛(wèi)星重量508公斤，設(shè)計壽命3年，運行于517公里高度、傾角98度的太陽同步軌道，將經(jīng)過地球的南北極，能夠24小時連續(xù)的對太陽進行觀測。

“夸父”計劃天基太陽天文臺衛(wèi)星計劃明年發(fā)射，也是運行于太陽同步軌道，軌道高度約700公里。

此外，我國正在論證后續(xù)太陽探測發(fā)展計劃。

科學(xué)家們希望按照在黃道面內(nèi)多視角探測（首選地日拉格郎日L5點）、大傾角太陽極區(qū)探測和太陽抵近觀測“三步走”進行實施，由易到難，逐步深入，進一步了解太陽的構(gòu)造，確定太陽活動的三維結(jié)構(gòu)，掌握機理和活動規(guī)律，預(yù)報空間天氣，造福人類，趨利避害。

【我國首次探測太陽的重大意義】

一是實現(xiàn)我國太陽探測零的突破，標(biāo)志著我國正式步入“探日”時代。

“羲和”號衛(wèi)星的主要科學(xué)載荷是Hα成像光譜儀。

太陽Hα譜線是光子與氫原子相互作用后電子能級躍遷產(chǎn)生的譜線之一，其線心位于可見光波段，波長為6562.85埃米（1埃米等于百億分之一米），是太陽爆發(fā)時響應(yīng)最強的色球譜線，能夠直接反映爆發(fā)的源區(qū)特征。

此前，太陽Hα譜線只能在地球上進行探測，但因受大氣干擾，探測數(shù)據(jù)不連續(xù)不穩(wěn)定。

現(xiàn)在通過“羲和”號探測，對其進行高分辨率成像，在46秒內(nèi)獲得全日面1600萬個點上的光譜，在300余個波長點上同時獲得色球和光球的二維圖像，可以更加準(zhǔn)確的獲得太陽爆發(fā)時大氣溫度、速度等物理量的變化，進而建立太陽爆發(fā)從光球到日冕的能量積累、釋放、傳輸?shù)耐暾锢砟Ｐ?，對研究太陽爆發(fā)的動力學(xué)過程及物理機制提供關(guān)鍵依據(jù)，對太陽底層大氣和太陽爆發(fā)的觀測具有重要意義。

“羲和”號衛(wèi)星在軌開展的相關(guān)試驗，是國際上第一次在太空進行Hα譜線研究，有望獲得有國際影響力的科學(xué)產(chǎn)出，將顯著提高我國在太陽物理領(lǐng)域的國際影響力。

二是在軌試驗超高指向精度、超高穩(wěn)定度的新型衛(wèi)星平臺技術(shù)，推動我國高精度衛(wèi)星平臺技術(shù)革命性、跨越性發(fā)展。

“羲和”號衛(wèi)星平臺從總體設(shè)計理念上打破傳統(tǒng)固連設(shè)計思想，采用非接觸磁浮作動器，實現(xiàn)載荷艙與平臺艙的動靜隔離，通過主從協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)載荷艙超精超穩(wěn)及兩艙協(xié)同控制，解決了傳統(tǒng)衛(wèi)星載荷與平臺固連設(shè)計導(dǎo)致的微振動難測、難控的技術(shù)瓶頸問題。

與傳統(tǒng)衛(wèi)星平臺相比，“羲和”號衛(wèi)星平臺的指向精度、姿態(tài)穩(wěn)定度均提高了2個數(shù)量級。

同時，“羲和”號衛(wèi)星還將在軌驗證無線能源傳輸、艙間指向精度、姿態(tài)穩(wěn)定度均提高了2個數(shù)量級。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)航儀等多項新技術(shù)和新產(chǎn)品。

“羲和”號高性能技術(shù)衛(wèi)星平臺在軌試驗成功后，是世界上首次將磁懸浮技術(shù)在航天器上進行工程應(yīng)用，將大幅提升我國空間觀測技術(shù)水平，有望在將來的對地觀測、空間科學(xué)探測等新一代航天任務(wù)中得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用前景廣闊。

三是開拓我國太陽探測國際合作和交流的新局面，大幅提高我國在太陽物理領(lǐng)域研究的國際地位。

國際太陽探測發(fā)展變化很快，我國在太陽觀測領(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)均來自于國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

“羲和”號衛(wèi)星發(fā)射成功后，將打破我國在此領(lǐng)域的被動局面，我國將成立衛(wèi)星數(shù)據(jù)科學(xué)委員會，制定數(shù)據(jù)政策，供國內(nèi)外科學(xué)家研究、使用、共享衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)，力爭產(chǎn)生原創(chuàng)性科學(xué)成果，為人類科學(xué)事業(yè)做出中國貢獻。

四是激發(fā)探索空間科學(xué)的熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新高端人才。

通過首次太陽探測計劃，可大量培養(yǎng)我國在空間科學(xué)和空間技術(shù)的高端創(chuàng)新人才，通過對所獲數(shù)據(jù)的分析，并與世界其他國家開展太陽探測數(shù)據(jù)共享、結(jié)合和互補，更好地開展太陽活動機理研究，探索太陽系起源及演變規(guī)律，及對地球大氣及生物圈的影響，提高我國空間科學(xué)國際競爭力。與此同時，進一步提高人民群眾的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)青少年探索空間科學(xué)的熱情。

【本次任務(wù)的特點】

一是起步晚，起點高。

“十三五”期間，國家航天局組織中國航天科技(000901,股吧)集團、南京大學(xué)、中國科學(xué)院等單位，緊密圍繞國家航天發(fā)展(000547,股吧)規(guī)劃，瞄準(zhǔn)我國航天發(fā)展急需的創(chuàng)新技術(shù)驗證和空間科學(xué)前沿研究需求，制定了空間科學(xué)研究發(fā)展路線圖，提出了“太陽Hα波段光譜成像探測+超高指向精度、超高穩(wěn)定度衛(wèi)星平臺技術(shù)飛行驗證”的任務(wù)目標(biāo)。

雖然起步晚，但在軌驗證新技術(shù)新產(chǎn)品多，試驗項目豐富，探測目標(biāo)聚焦準(zhǔn)確，研究起點高。

二是緊緊圍繞太陽探測熱點問題，提出中國特色太陽探測模式。

“羲和”號衛(wèi)星采用國際首創(chuàng)的雙超新技術(shù)衛(wèi)星平臺，實現(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)星平臺提高了兩個數(shù)量級。

國際上首次提出了天文光譜測速導(dǎo)航新方法和新技術(shù)，通過太陽光譜的研究和利用實現(xiàn)每秒1米量級的飛行器高精度速度測量。

這兩項技術(shù)都具有國際先進水平。

三是組織國內(nèi)優(yōu)勢單位大力協(xié)同，攻堅克難。

“羲和”號于2019年6月正式立項，研制周期短，技術(shù)難度大，國家航天局組織中國科學(xué)院、航天科技集團、南京大學(xué)等優(yōu)勢單位，充分發(fā)揮政府機構(gòu)、科研院所、高等院校、工程研制單位作用，克服了研究時間短、經(jīng)費少、研制難度大的不利因素，團結(jié)合作、群策全力，高效高質(zhì)完成了研制發(fā)射任務(wù)。

最后值得一提的是，此次任務(wù)是長征系列運載火箭第391次發(fā)射，采用長征二號丁一箭十一星“拼車”方式，除了將“羲和”號主星成功發(fā)射外，還將亞太空間合作組織2顆大學(xué)生小衛(wèi)星、和德宇航公司2顆衛(wèi)星、低軌導(dǎo)航增強試驗衛(wèi)星、軌道大氣密度探測衛(wèi)星、氣象星座試驗衛(wèi)星、空間交通試驗衛(wèi)星等10顆搭載小衛(wèi)星發(fā)射入軌。

標(biāo)簽：探日衛(wèi)星太陽探測計劃月球探測火星探測