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中國太陽探測計劃來了!“羲和”開啟“探日”時代

14日18時51分,我國首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”在太原衛星發射中心成功發射!這顆衛星可不得了,實現了我國太陽探測零的突破,標志著我國太空探測正式步入“探日”時代!而且“羲和號”衛星一出手就不凡,在國際上首次實現太陽Hα波段光譜成像的空間探測,填補了太陽爆發源區高質量觀測數據的空白,對我國空間科學探測及衛星技術發展都具有重要意義。

從嫦娥“探月”到天問“探火”,再到羲和“探日”,中國航天強國建設邁出堅實步伐。探測太陽有什么用?我國的太陽探測計劃有哪些?“羲和號”衛星有哪些獨特之處?記者第一時間采訪了國家航天局相關專家。

太陽探測科學技術試驗衛星模擬高清圖

為什么要探測太陽?

身處太陽系之中,人類無法不對太陽系的中心——給地球帶來光明與能量的太陽產生好奇和探究??茖W家表示,大約在46億年前,太陽在距離銀河系中心約2.6萬光年處,由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而形成,太陽壽命大致為100億年,目前正處于壯年期。太陽直徑達139萬公里,是地球的107倍,質量則是地球的33萬倍,占整個太陽系總質量的99.87%,可以說是太陽系的絕對主宰。這是一顆時時刻刻發生氫、氦核聚變、發光發熱的巨大恒星。

“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?!眹液教炀謱Φ赜^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告訴記者,太陽活動周期約11年,2021年至2022年是人類有紀錄以來第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。

從世界范圍來看,自上世紀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,主要集中在美國、俄羅斯、日本等發達國家,聚焦于太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射的觀測研究。

有代表性的太陽探測器都有哪些?專家舉了幾個例子,比如2006年10月美國發射世界第一對孿生太陽觀測衛星——日地關系觀測平臺,對太陽黑子爆發時進行了三維成像,幫助科學家們研究太陽周邊環境以及太陽活動對整個太陽系造成的影響;2009年1月,俄羅斯發射了“科羅納斯”太陽探測衛星,探測太陽內部結構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”太陽探測器發射升空,近距離對太陽結構進行探測,獲得了相當的成果。

我國的太陽探測計劃有哪些?

國際上太陽探測如火如荼,中國的太陽探測計劃當然不能落后?!笆濉逼陂g,國家航天局就組織中國航天科技集團、南京大學、中國科學院等單位研究制定了空間科學研究發展路線圖,并且緊鑼密鼓開始實施。

“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?!壁w堅透露,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,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知?!棒撕吞枴睂崿F了我國太陽探測破冰之旅,“夸父”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。

此外,我國正在論證后續太陽探測發展計劃,科學家們希望按照在黃道面內多視角探測、大傾角太陽極區探測和太陽抵近觀測“三步走”進行實施,進一步了解太陽的構造,確定太陽活動的三維結構,掌握其機理和活動規律,從而造福人類,趨利避害。

“羲和號”的創新之處在哪里?

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?!棒撕吞枴闭侵亓?08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。

太陽探測科學技術試驗衛星模擬高清圖

趙堅表示,“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,如在國際上首次實現空間太陽Hα波段的光譜成像探測;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?,F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,可以更加準確的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。這對太陽底層大氣和太陽爆發的觀測具有重要意義?!壁w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。

據了解,當前國際太陽探測成為熱點,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?!啊撕吞枴l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,制定數據政策,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?!壁w堅說。

國際首創的“雙超”平臺長啥樣?

“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革命性、跨越性發展。

據了解,隨著我國航天產業的不斷發展,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,是制約航天事業后續發展的關鍵“卡脖子”技術之一。

“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?!背绦l強介紹,在國家航天局的大力支持下,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?!棒撕吞枴卑l射成功,標志著我國自主研發的“超高指向精度”、“超高穩定性”雙超衛星結構平臺順利進入應用階段。

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。

趙堅表示,“羲和號”高性能技術衛星平臺在軌試驗成功后,是世界上首次將磁懸浮技術在航天器上進行工程應用,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。

[責任編輯:寶華]

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