我國(guó)成功發(fā)射先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星，專家解讀：為何研制？如何“逐日”？

每經(jīng)編輯 畢陸名

據(jù)新華社9日消息，10月9日7時(shí)43分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭，成功將先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。這顆衛(wèi)星主要用于太陽(yáng)耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射與太陽(yáng)磁場(chǎng)之間的因果關(guān)系等研究，并為空間天氣預(yù)報(bào)提供數(shù)據(jù)支持。這次任務(wù)是長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭的第442次飛行。中國(guó)為什么要研制綜合性太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星？“夸父一號(hào)”科學(xué)目標(biāo)有哪些？如何實(shí)施“逐日”探測(cè)？“夸父一號(hào)”衛(wèi)星首席科學(xué)家、衛(wèi)星系統(tǒng)和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師等對(duì)這些問題進(jìn)行科普解讀。

我國(guó)成功發(fā)射先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星

據(jù)央視新聞9日?qǐng)?bào)道，北京時(shí)間2022年10月9日7時(shí)43分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭，成功將先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。

先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)是由中國(guó)太陽(yáng)物理學(xué)家自主提出的綜合性太陽(yáng)探測(cè)專用衛(wèi)星，是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)繼“悟空”“墨子號(hào)”“慧眼”“實(shí)踐十號(hào)”“太極一號(hào)”“懷柔一號(hào)”之后，研制發(fā)射的又一顆空間科學(xué)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)天基太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星跨越式突破。

10月9日7時(shí)43分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭，成功將先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。圖片來源：新華社

太陽(yáng)活動(dòng)具有周期性，每11年一個(gè)周期，2024-2025年將迎來下一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)高峰。先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)將利用太陽(yáng)活動(dòng)第25周峰年的契機(jī)，以“一磁兩暴”為科學(xué)目標(biāo)開展觀測(cè)。“一磁”即太陽(yáng)磁場(chǎng)，“兩暴”即太陽(yáng)上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象——太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)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(guān)聯(lián)等，為影響人類航天、通訊、導(dǎo)航等高科技活動(dòng)的空間災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)提供支持。

先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)搭載了全日面矢量磁象儀、萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡和太陽(yáng)硬X射線成像儀三臺(tái)有效載荷。三臺(tái)載荷相互配合，可以實(shí)現(xiàn)在一顆近地衛(wèi)星平臺(tái)上對(duì)太陽(yáng)磁場(chǎng)、太陽(yáng)耀斑非熱輻射、日冕物質(zhì)拋射日面形成和近日面?zhèn)鞑サ耐瑫r(shí)觀測(cè)。借助萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，科學(xué)家將首次在萊曼阿爾法波段實(shí)現(xiàn)全日面和近日冕的同時(shí)觀測(cè)。該衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命4年，運(yùn)行在距離地面約720千米的太陽(yáng)同步晨昏軌道。

據(jù)該衛(wèi)星首席科學(xué)家甘為群介紹，在衛(wèi)星發(fā)射以后，他們計(jì)劃開展一系列的國(guó)際合作。例如，開設(shè)一個(gè)國(guó)際培訓(xùn)，告訴國(guó)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(guān)的軟件。在軌測(cè)試結(jié)束以后，衛(wèi)星所有的數(shù)據(jù)，包括軟件將及時(shí)對(duì)國(guó)際同行開放，共同實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)。

另?yè)?jù)介紹，在2022年7月，衛(wèi)星工程部門就向全國(guó)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(hào)”作為衛(wèi)星的名稱，反映了中國(guó)人對(duì)“夸父逐日”神話的喜愛，對(duì)太陽(yáng)神秘的追求。專家也希望中國(guó)的探日計(jì)劃能夠以“夸父”形成系列。

專家解讀“夸父一號(hào)”衛(wèi)星

據(jù)中國(guó)新聞網(wǎng)9日?qǐng)?bào)道，“夸父一號(hào)”衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院紫金山天文臺(tái)甘為群研究員介紹說，中國(guó)空間太陽(yáng)探測(cè)的嘗試最早在20世紀(jì)70年代中期，1976年曾提出主要觀測(cè)太陽(yáng)的“天文一號(hào)”衛(wèi)星；在2001年發(fā)射神舟二號(hào)飛船上搭載的空間天文(主要觀測(cè)太陽(yáng))分系統(tǒng)取得成功；期間還提出“空間太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃”；2004年提出中法合作“太陽(yáng)爆發(fā)探測(cè)小衛(wèi)星計(jì)劃”，以及日地三星計(jì)劃；2011年中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)(一期)正式啟動(dòng)，先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)剛好是為響應(yīng)專項(xiàng)而提出的衛(wèi)星計(jì)劃。現(xiàn)在回顧起來，中國(guó)之前雖有一系列太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星計(jì)劃的提出和嘗試，但均未走到最后，太陽(yáng)探測(cè)專門衛(wèi)星基本為零，先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星計(jì)劃填補(bǔ)了這一空白。

這顆衛(wèi)星計(jì)劃提出來的時(shí)候，國(guó)際上已有70多顆太陽(yáng)探測(cè)專用衛(wèi)星或相關(guān)衛(wèi)星，中國(guó)在太陽(yáng)物理地面設(shè)施和包括發(fā)表學(xué)術(shù)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(yáng)探測(cè)專門衛(wèi)星？甘為群指出，中國(guó)科學(xué)家發(fā)表研究論文所用的絕大部分觀測(cè)數(shù)據(jù)，都是來自國(guó)際上太陽(yáng)衛(wèi)星共享的資料、軟件、數(shù)據(jù)。“作為一個(gè)科研工作者，作為中國(guó)的太陽(yáng)物理學(xué)家，你覺得你是世界領(lǐng)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(yáng)探測(cè))科學(xué)衛(wèi)星”。從這個(gè)角度來講，提出研制發(fā)射“夸父一號(hào)”衛(wèi)星計(jì)劃，就是強(qiáng)調(diào)中國(guó)要在國(guó)際上對(duì)太陽(yáng)物理研究數(shù)據(jù)源頭作出重要貢獻(xiàn)。

△先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星效果圖

他說，先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)先后經(jīng)歷預(yù)先研究、背景型號(hào)、綜合立項(xiàng)論證等程序，于2017年底獲得工程立項(xiàng)批復(fù)，又經(jīng)過5年的工程研制，突破諸多關(guān)鍵技術(shù)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(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)(即“夸父一號(hào)”衛(wèi)星)，定義為開啟了中國(guó)綜合性太陽(yáng)觀測(cè)的新時(shí)代”。作為中國(guó)的綜合性太陽(yáng)探測(cè)專用衛(wèi)星，“夸父一號(hào)”將實(shí)現(xiàn)中國(guó)太陽(yáng)衛(wèi)星探測(cè)跨越式突破。

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

為實(shí)現(xiàn)“一磁兩暴”的科學(xué)目標(biāo)，“夸父一號(hào)”衛(wèi)星上搭載有全日面矢量磁像儀(FMG)、萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡(LST)和硬X射線成像儀(HXI)3個(gè)各具特色的有效載荷，分別觀測(cè)太陽(yáng)磁場(chǎng)、日冕物質(zhì)拋射和太陽(yáng)耀斑。

“夸父一號(hào)”衛(wèi)星有哪些創(chuàng)新？甘為群總結(jié)為“三個(gè)首次”：一是國(guó)際上首次以“一磁兩暴”作為衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)并且配置相應(yīng)的載荷組合；二是國(guó)際上首次在一顆近地衛(wèi)星平臺(tái)上，對(duì)全日面矢量磁場(chǎng)、太陽(yáng)耀斑非熱輻射成像、日冕物質(zhì)拋射的日面形成和近日面?zhèn)鞑ネ瑫r(shí)進(jìn)行觀測(cè)；三是國(guó)際上首次在萊曼阿爾法譜線波段實(shí)現(xiàn)全日面和近日冕無縫同時(shí)成像觀測(cè)。

“夸父一號(hào)”衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)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(cè)太陽(yáng)，3臺(tái)有效載荷在國(guó)內(nèi)均為首次上天，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)少，新技術(shù)、新部件、新材料多，而且要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)比較多、比較復(fù)雜，衛(wèi)星研制通過突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，主要解決了三方面難點(diǎn)：

第一，星載7臺(tái)光學(xué)設(shè)備，同時(shí)精確指向太陽(yáng)，確保每臺(tái)光學(xué)設(shè)備對(duì)太陽(yáng)完整成像，所以各光學(xué)設(shè)備光軸之間的一致性要求非常高，這就需要高精度裝配達(dá)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(xué)振動(dòng)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(xué)設(shè)備光軸之間變化極小，確保衛(wèi)星壽命期內(nèi)各光學(xué)設(shè)備觀測(cè)對(duì)象完整性。第三，采用對(duì)星上活動(dòng)部件振動(dòng)降低技術(shù)和穩(wěn)像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)防抖，獲取清晰的觀測(cè)圖像。

每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合新華社、央視新聞、中國(guó)新聞網(wǎng)