"羲和號"成功發射 我國正式步入"探日"時代

馮華

10月14日，我國成功發射首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”。該星將對我國空間科學探測及衛星技術發展具有重要意義，標志著我國正式步入“探日”時代。

及時開展太陽探測活動

“太陽對地球演化和人類文明發展的作用不可或缺;同時太陽對地球的影響也無所不在，主要體現在太陽爆發產生大量帶電高能粒子，對地球電磁環境造成嚴重破壞，其中尤以太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射對地球電磁環境影響最為顯著。”國家航天局對地觀測與數據中心主任、高分辨率對地觀測重大專項工程總設計師趙堅介紹，太陽活動周期約11年，當前正處于第二十五個太陽活動周期，全世界又進入太陽研究新的高峰期。

據介紹，太陽黑子存在于太陽光球表面，是磁場的聚集之處。其數量和位置每隔一段時間會發生周期性變化。太陽耀斑是太陽活動的重要表現，是太陽表面局部區域突然和大規模的能量釋放過程，所輻射出的光的波長橫跨整個電磁波譜。日冕物質拋射是太陽釋放能量的另一種形式，一次巨大的太陽爆發日冕物質拋射事件，可讓數十億噸的物質短時間內離開太陽，噴射到宇宙空間。

從世界范圍來看，自20世紀60年代以來，隨著航天技術的快速發展，全世界已發射了70多顆太陽觀測衛星，聚焦于太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射的觀測研究。當前的主要趨勢是對太陽結構、磁場、黑子、耀斑、太陽大氣等進行綜合觀測和抵近觀測。

“探測和研究太陽活動，提出應對措施，能夠降低或規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。”趙堅介紹，我國目前已經制定了兩個太陽探測計劃，分別是“羲和”和“夸父”探測計劃，這是太陽探測的中國方案和中國貢獻。羲和是中國上古神話中的太陽女神，掌管時間和歷法，并以太陽母親的形象為人們所認知。“羲和號”實現了我國太陽探測破冰之旅;“夸父”探測計劃則是研制發射先進天基太陽天文臺衛星，對太陽進行科學觀測，已納入中國科學院先導計劃，計劃于明年發射。

將首次實現空間太陽Hα波段光譜成像探測

專家介紹，此次發射的“羲和號”衛星全稱是太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學技術試驗衛星，主要科學載荷為太陽空間望遠鏡。“羲和號”整星重量508公斤，設計壽命3年，運行于517公里高度、傾角98度的太陽同步軌道;該軌道將經過地球的南北極，能夠24小時連續對太陽進行觀測。

趙堅認為，“羲和”太陽探測計劃緊緊圍繞太陽探測熱點問題，提出中國特色太陽探測模式，如將實現國際首次太陽Hα波段光譜成像的空間探測;首次提出天文光譜測速導航新方法和新技術等，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在光球和色球響應時最好的譜線之一，通過對該譜線的數據分析，可獲得太陽爆發時的大氣溫度、速度等物理量的變化，研究太陽爆發的動力學過程和物理機制。

“之前只能在地球上對Hα譜線進行探測，受大氣干擾，探測數據不連續、不穩定。現在通過‘羲和號’探測，對其進行高分辨率成像，46秒內就能獲得全日面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，可以更加準確地獲得太陽爆發時大氣溫度、速度等物理量的變化，進而建立太陽爆發從光球到日冕的完整物理模型。”趙堅介紹，“羲和號”衛星在軌開展的相關試驗，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產出，將顯著提高我國在太陽物理領域的國際影響力。

中國航天科技集團八院太陽探測科學技術試驗衛星總設計師程衛強表示，衛星空間太陽Hα波段的光譜成像探測可一次實現三大科學目標：觀測太陽耀斑和日冕物質拋射的光球及色球表現，揭示太陽爆發的源區動態特性和觸發機制;觀測太陽暗條形成和演化過程的色球表現，揭示其與太陽爆發的內在聯系;獲取全日面Hα波段多普勒速度分布，研究太陽低層大氣動力學過程，為解決“太陽爆發由里及表能量傳輸全過程物理模型”等科學問題提供重要支撐。

當前國際上，太陽探測已成為熱點，我國在太陽觀測領域發表論文數量已居世界第二位，但是使用的數據均來自于國外衛星數據。“‘羲和號’發射成功后，將打破這種被動局面，我國將成立衛星數據科學委員會，制訂數據政策，供國內外科學家研究、使用、共享衛星探測數據，力爭產生原創性科學成果，為人類科學事業做出中國貢獻。”趙堅說。

首創“雙超”平臺

“羲和號”衛星的創新意義不僅僅體現在太陽探測方面。它采用國際首創的“雙超”新技術衛星平臺，實現了載荷在軌指向的超高精度和超高穩定度控制，比目前同等慣量的衛星平臺提高了兩個數量級，業內稱之為“雙超”平臺，將推動我國高精度衛星平臺技術跨越性發展。

隨著我國航天產業不斷發展，對地觀測、空間科學等各類航天任務對高性能衛星平臺的需求越來越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高穩定度指標的衛星平臺。

“傳統衛星采用平臺艙和載荷艙固連的設計方法，因此平臺艙活動部件振動會不可避免地傳遞至載荷，造成觀測質量下降。”程衛強介紹，在國家航天局支持下，衛星研制團隊在國際上首次采用了“動靜隔離非接觸”總體設計新方法，將平臺艙與載荷艙物理隔離，并將飛輪、太陽帆板等微振動源集中于平臺艙，太陽Hα光譜儀放置于載荷艙，采用磁浮控制技術和執行機構實現兩者物理非接觸隔離，不僅阻斷了平臺艙微振動的傳遞路徑，同時解決了平臺艙熱變形對載荷艙影響，使載荷控制精度和穩定度提升兩個數量級以上。

“羲和號”發射成功，標志著我國自主研發的超高指向精度、超高穩定度“雙超”衛星結構平臺順利進入應用階段。

與此同時，“羲和號”衛星還將在軌驗證無線能源傳輸、艙間無線通信、艙間激光通信、重復連接釋放、艙間電纜脫落與收納、原子鑒頻太陽導航儀等多項新技術和新產品。

趙堅介紹，“羲和號”高性能技術衛星平臺在軌試驗成功后，將大幅提升我國空間觀測技術水平。未來，“雙超”平臺技術還將在高分辨率對地詳查、大比例尺立體測繪、太陽立體探測、系外行星發現等新一代航天任務中推廣應用，推動我國空間科學領域、航天技術領域跨越式發展。（據《人民日報》）