我國成功發(fā)射先進天基太陽天文臺衛(wèi)星，專家解讀：為何研制？如何“逐日”？

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據(jù)新華社9日消息，10月9日7時43分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丁運載火箭，成功將先進天基太陽天文臺衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預定軌道，發(fā)射任務獲得圓滿成功。這顆衛(wèi)星主要用于太陽耀斑爆發(fā)和日冕物質拋射與太陽磁場之間的因果關系等研究，并為空間天氣預報提供數(shù)據(jù)支持。這次任務是長征系列運載火箭的第442次飛行。中國為什么要研制綜合性太陽探測衛(wèi)星？“夸父一號”科學目標有哪些？如何實施“逐日”探測？“夸父一號”衛(wèi)星首席科學家、衛(wèi)星系統(tǒng)和科學應用系統(tǒng)總設計師等對這些問題進行科普解讀。

我國成功發(fā)射先進天基太陽天文臺衛(wèi)星

據(jù)央視新聞9日報道，北京時間2022年10月9日7時43分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丁運載火箭，成功將先進天基太陽天文臺衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預定軌道，發(fā)射任務獲得圓滿成功。

先進天基太陽天文臺是由中國太陽物理學家自主提出的綜合性太陽探測專用衛(wèi)星，是中國科學院空間科學先導專項繼“悟空”“墨子號”“慧眼”“實踐十號”“太極一號”“懷柔一號”之后，研制發(fā)射的又一顆空間科學衛(wèi)星，實現(xiàn)了我國天基太陽探測衛(wèi)星跨越式突破。

10月9日7時43分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丁運載火箭，成功將先進天基太陽天文臺衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預定軌道，發(fā)射任務獲得圓滿成功。圖片來源：新華社

太陽活動具有周期性，每11年一個周期，2024-2025年將迎來下一個太陽活動高峰。先進天基太陽天文臺將利用太陽活動第25周峰年的契機，以“一磁兩暴”為科學目標開展觀測。“一磁”即太陽磁場，“兩暴”即太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象——太陽耀斑和日冕物質拋射。該衛(wèi)星將研究“一磁兩暴”的形成、演化、相互作用、彼此關聯(lián)等，為影響人類航天、通訊、導航等高科技活動的空間災害性天氣預報提供支持。

先進天基太陽天文臺搭載了全日面矢量磁象儀、萊曼阿爾法太陽望遠鏡和太陽硬X射線成像儀三臺有效載荷。三臺載荷相互配合，可以實現(xiàn)在一顆近地衛(wèi)星平臺上對太陽磁場、太陽耀斑非熱輻射、日冕物質拋射日面形成和近日面?zhèn)鞑サ耐瑫r觀測。借助萊曼阿爾法太陽望遠鏡，科學家將首次在萊曼阿爾法波段實現(xiàn)全日面和近日冕的同時觀測。該衛(wèi)星設計壽命4年，運行在距離地面約720千米的太陽同步晨昏軌道。

據(jù)該衛(wèi)星首席科學家甘為群介紹，在衛(wèi)星發(fā)射以后，他們計劃開展一系列的國際合作。例如，開設一個國際培訓，告訴國際同行怎么樣下載數(shù)據(jù)、使用衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，以及怎么樣使用相關的軟件。在軌測試結束以后，衛(wèi)星所有的數(shù)據(jù)，包括軟件將及時對國際同行開放，共同實現(xiàn)衛(wèi)星的科學目標。

另據(jù)介紹，在2022年7月，衛(wèi)星工程部門就向全國征名，共搜集到25000多份提名，其中三分之一都建議命名為“夸父”，最后選擇使用“夸父一號”作為衛(wèi)星的名稱，反映了中國人對“夸父逐日”神話的喜愛，對太陽神秘的追求。專家也希望中國的探日計劃能夠以“夸父”形成系列。

專家解讀“夸父一號”衛(wèi)星

據(jù)中國新聞網(wǎng)9日報道，“夸父一號”衛(wèi)星首席科學家、中科院紫金山天文臺甘為群研究員介紹說，中國空間太陽探測的嘗試最早在20世紀70年代中期，1976年曾提出主要觀測太陽的“天文一號”衛(wèi)星；在2001年發(fā)射神舟二號飛船上搭載的空間天文(主要觀測太陽)分系統(tǒng)取得成功；期間還提出“空間太陽望遠鏡計劃”；2004年提出中法合作“太陽爆發(fā)探測小衛(wèi)星計劃”，以及日地三星計劃；2011年中科院空間科學先導專項(一期)正式啟動，先進天基太陽天文臺剛好是為響應專項而提出的衛(wèi)星計劃。現(xiàn)在回顧起來，中國之前雖有一系列太陽探測衛(wèi)星計劃的提出和嘗試，但均未走到最后，太陽探測專門衛(wèi)星基本為零，先進天基太陽天文臺衛(wèi)星計劃填補了這一空白。

這顆衛(wèi)星計劃提出來的時候，國際上已有70多顆太陽探測專用衛(wèi)星或相關衛(wèi)星，中國在太陽物理地面設施和包括發(fā)表學術論文的研究方面已位居世界前列，為什么還要自主研制太陽探測專門衛(wèi)星？甘為群指出，中國科學家發(fā)表研究論文所用的絕大部分觀測數(shù)據(jù)，都是來自國際上太陽衛(wèi)星共享的資料、軟件、數(shù)據(jù)。“作為一個科研工作者，作為中國的太陽物理學家，你覺得你是世界領先的嗎？正是在這樣的背景下，我們一定要發(fā)射自己的(太陽探測)科學衛(wèi)星”。從這個角度來講，提出研制發(fā)射“夸父一號”衛(wèi)星計劃，就是強調中國要在國際上對太陽物理研究數(shù)據(jù)源頭作出重要貢獻。

△先進天基太陽天文臺衛(wèi)星效果圖

他說，先進天基太陽天文臺先后經(jīng)歷預先研究、背景型號、綜合立項論證等程序，于2017年底獲得工程立項批復，又經(jīng)過5年的工程研制，突破諸多關鍵技術并克服疫情等重重困難，現(xiàn)在終于成功發(fā)射升空，“所以我們把先進天基太陽天文臺(即“夸父一號”衛(wèi)星)，定義為開啟了中國綜合性太陽觀測的新時代”。作為中國的綜合性太陽探測專用衛(wèi)星，“夸父一號”將實現(xiàn)中國太陽衛(wèi)星探測跨越式突破。

甘為群表示，“夸父一號”衛(wèi)星的科學目標可概括為“一磁兩暴”，“一磁”就是太陽磁場，“兩暴”就是太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象——耀斑和日冕物質拋射。太陽物理學家就是要研究這三者之間的關系，即磁場與耀斑、磁場與日冕物質拋射、日冕物質拋射與耀斑的關系，研究它們的形成、演化、相互作用和可能存在的因果關聯(lián)，同時為空間天氣預警提供支持。

為實現(xiàn)“一磁兩暴”的科學目標，“夸父一號”衛(wèi)星上搭載有全日面矢量磁像儀(FMG)、萊曼阿爾法太陽望遠鏡(LST)和硬X射線成像儀(HXI)3個各具特色的有效載荷，分別觀測太陽磁場、日冕物質拋射和太陽耀斑。

“夸父一號”衛(wèi)星有哪些創(chuàng)新？甘為群總結為“三個首次”：一是國際上首次以“一磁兩暴”作為衛(wèi)星的科學目標并且配置相應的載荷組合；二是國際上首次在一顆近地衛(wèi)星平臺上，對全日面矢量磁場、太陽耀斑非熱輻射成像、日冕物質拋射的日面形成和近日面?zhèn)鞑ネ瑫r進行觀測；三是國際上首次在萊曼阿爾法譜線波段實現(xiàn)全日面和近日冕無縫同時成像觀測。

“夸父一號”衛(wèi)星系統(tǒng)總設計師、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院諸成研究員指出，該衛(wèi)星要高精度觀測太陽，3臺有效載荷在國內均為首次上天，可借鑒的經(jīng)驗少，新技術、新部件、新材料多，而且要實現(xiàn)的任務比較多、比較復雜，衛(wèi)星研制通過突破一系列關鍵技術，主要解決了三方面難點：

第一，星載7臺光學設備，同時精確指向太陽，確保每臺光學設備對太陽完整成像，所以各光學設備光軸之間的一致性要求非常高，這就需要高精度裝配達到這些光軸的一致。第二，衛(wèi)星要經(jīng)歷發(fā)射過程的力學振動和沖擊環(huán)境、太空中冷熱交替變化環(huán)境、超高真空環(huán)境，要保持星上各光學設備光軸之間變化極小，確保衛(wèi)星壽命期內各光學設備觀測對象完整性。第三，采用對星上活動部件振動降低技術和穩(wěn)像技術，實現(xiàn)光學防抖，獲取清晰的觀測圖像。

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