10月14日，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征二號丁運(yùn)載火箭，成功發(fā)射首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號”。該星將實(shí)現(xiàn)國際首次太陽Hα波段光譜成像的空間探測，填補(bǔ)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。

同時(shí)，就此次太陽雙超衛(wèi)星探測計(jì)劃的深遠(yuǎn)意義，國家航天局對地觀測與數(shù)據(jù)中心主任、高分辨率對地觀測重大專項(xiàng)工程總設(shè)計(jì)師趙堅(jiān)為我們做出了解答。

為什么要探測太陽？

太陽是地球人類文明和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展最重要的環(huán)境影響因素，是萬物生長的源泉。太陽是太陽系中最大的天體，距離地球約1.5億公里（一個(gè)天文單位），是離地球最近、與人類關(guān)系最密切的恒星。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(dá)139萬公里，是地球的107倍，質(zhì)量達(dá)2×103?千克，是地球的33萬倍，占整個(gè)太陽系總質(zhì)量的99.87%。太陽是一顆時(shí)時(shí)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。

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(shí)，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(dòng)周期約11年，2021年至2022年是人類有記錄以來第25個(gè)太陽活動(dòng)周期的開始，全世界又進(jìn)入太陽研究新的高峰期。探測和研究太陽活動(dòng)，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(shí)開展太陽探測活動(dòng)，十分必要，不能缺席。

人類太陽探測概況

自古以來，人類對太陽充滿了好奇，通過各種方式對其進(jìn)行了觀測和研究。自上世紀(jì)60年代以來，隨著航天技術(shù)的快速發(fā)展，全世界已發(fā)射了70多顆太陽觀測衛(wèi)星，主要集中在美國、俄羅斯、日本等發(fā)達(dá)國家，主要聚焦太陽黑子、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，太陽黑子的數(shù)量和位置每隔一段時(shí)間會(huì)發(fā)生周期性的變化。太陽耀斑是一種強(qiáng)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(gè)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(shí)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(tái)，對太陽黑子爆發(fā)時(shí)進(jìn)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(dòng)對整個(gè)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(dòng)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(jìn)行探測，獲得了相當(dāng)?shù)某晒?。?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(jìn)行綜合觀測和抵近觀測。

中國的太陽探測計(jì)劃

習(xí)近平總書記指出“探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國，是我們不懈追求的航天夢”。空間技術(shù)和空間科學(xué)探測是國家科技實(shí)力和創(chuàng)新能力的集中體現(xiàn)，積極開展創(chuàng)新空間技術(shù)在軌驗(yàn)證、空間科學(xué)探索，對我國建設(shè)航天強(qiáng)國和科技強(qiáng)國具有重大推動(dòng)作用。

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，今年，我國“天問一號”首次火星探測任務(wù)已圓滿實(shí)現(xiàn)了對火星的繞、落、巡，“嫦娥五號”月球探測器成功實(shí)現(xiàn)了月球樣品的采樣返回。現(xiàn)在，我國的太陽探測計(jì)劃即將拉開帷幕，揭開其神秘的面紗。

中國目前已經(jīng)制定了兩個(gè)太陽探測計(jì)劃。它們分別是“羲和”和“夸父”探測計(jì)劃，這是太陽探測的中國方案和中國貢獻(xiàn)?！棒撕汀碧柺前l(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(tái)試驗(yàn)的科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)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(shí)間和歷法的太陽神，并以太陽母親的形象為人們所認(rèn)知?！翱涓浮庇?jì)劃是研制發(fā)射先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)衛(wèi)星，對太陽進(jìn)行科學(xué)觀測，已納入中國科學(xué)院先導(dǎo)計(jì)劃?？涓冈醋浴渡胶＝?jīng)》，夸父追日，最后化身為夸父山的傳說廣為人們所熟知。這兩個(gè)計(jì)劃經(jīng)過多年的準(zhǔn)備，現(xiàn)在即將拉開帷幕，今年10月計(jì)劃發(fā)射“羲和”號，“羲和”號衛(wèi)星重量508公斤，設(shè)計(jì)壽命3年，運(yùn)行于517公里高度、傾角98度的太陽同步軌道，該軌道將經(jīng)過地球的南北極，能夠24小時(shí)連續(xù)的對太陽進(jìn)行觀測?！翱涓浮庇?jì)劃天基太陽天文臺(tái)衛(wèi)星計(jì)劃明年發(fā)射，也是運(yùn)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(jì)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(diǎn)）、大傾角太陽極區(qū)探測和太陽抵近觀測“三步走”進(jìn)行實(shí)施，由易到難，逐步深入，進(jìn)一步了解太陽的構(gòu)造，確定太陽活動(dòng)的三維結(jié)構(gòu)，掌握機(jī)理和活動(dòng)規(guī)律，預(yù)報(bào)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(shí)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(shí)代。

“羲和”號衛(wèi)星的主要科學(xué)載荷——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?, 1?等于10-10m），是太陽爆發(fā)時(shí)響應(yīng)最強(qiáng)的色球譜線，能夠直接反映爆發(fā)的源區(qū)特征。此前，只能在地球上進(jìn)行探測，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”號探測太陽Hα譜線，對其進(jìn)行高分辨率成像，在46秒內(nèi)獲得全日面1600萬個(gè)點(diǎn)上的光譜，在300余個(gè)波長點(diǎn)上同時(shí)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(shí)大氣溫度、速度等物理量的變化，進(jìn)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(dòng)力學(xué)過程及物理機(jī)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?！棒撕汀碧栃l(wèi)星在軌開展的相關(guān)試驗(yàn)，是國際上第一次在太空進(jìn)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(yàn)超高指向精度、超高穩(wěn)定度的新型衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)，推動(dòng)我國高精度衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)革命性、跨越性發(fā)展。

隨著我國航天產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對地觀測、空間科學(xué)探測等各類航天任務(wù)對高性能衛(wèi)星平臺(tái)的需求越來越迫切，尤其急需發(fā)展具有超高指向精度、超高穩(wěn)定度指標(biāo)的衛(wèi)星平臺(tái)?！棒撕汀碧栃l(wèi)星平臺(tái)從總體設(shè)計(jì)理念上打破傳統(tǒng)固連設(shè)計(jì)思想，采用非接觸磁浮作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)載荷艙與平臺(tái)艙的動(dòng)靜隔離，通過主從協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)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(tái)固連設(shè)計(jì)導(dǎo)致的微振動(dòng)難測、難控的技術(shù)瓶頸問題，與傳統(tǒng)衛(wèi)星平臺(tái)相比，“羲和”號衛(wèi)星平臺(tái)的指向精度、姿態(tài)穩(wěn)定度均提高了2個(gè)數(shù)量級。同時(shí)，“羲和”號衛(wèi)星還將在軌驗(yàn)證無線能源傳輸、艙間無線通信、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(xiàng)新技術(shù)和新產(chǎn)品。“羲和”號高性能技術(shù)衛(wèi)星平臺(tái)在軌試驗(yàn)成功后，是世界上首次將磁懸浮技術(shù)在航天器上進(jìn)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)。該衛(wèi)星發(fā)射成功后，將打破我國在此領(lǐng)域的被動(dòng)局面，我國將成立衛(wèi)星數(shù)據(jù)科學(xué)委員會(huì)，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(xiàn)。

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(jì)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(bǔ)，更好地開展太陽活動(dòng)機(jī)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(shí)，進(jìn)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(diǎn)

一是起步晚，起點(diǎn)高。

“十三五”期間，國家航天局組織中國航天科技集團(tuán)、南京大學(xué)、中國科學(xué)院等單位，緊密圍繞國家航天發(fā)展規(guī)劃，瞄準(zhǔn)我國航天發(fā)展急需的創(chuàng)新技術(shù)驗(yàn)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(tái)技術(shù)飛行驗(yàn)證”的任務(wù)目標(biāo)。雖然起步晚，但在軌驗(yàn)證新技術(shù)新產(chǎn)品多，試驗(yàn)項(xiàng)目豐富，探測目標(biāo)聚焦準(zhǔn)確，研究起點(diǎn)高。

二是緊緊圍繞太陽探測熱點(diǎn)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(tái)，實(shí)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(tái)提高了兩個(gè)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(shí)現(xiàn)每秒1米量級的飛行器高精度速度測量。這兩項(xiàng)技術(shù)都具有國際先進(jìn)水平。

三是組織國內(nèi)優(yōu)勢單位大力協(xié)同，攻堅(jiān)克難。

“羲和”號于2019年6月正式立項(xiàng)，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(tuán)、南京大學(xué)等優(yōu)勢單位，充分發(fā)揮政府機(jī)構(gòu)、科研院所、高等院校、工程研制單位作用，克服了研究時(shí)間短、經(jīng)費(fèi)少、研制難度大的不利因素，團(tuán)結(jié)合作、群策全力，高效高質(zhì)完成了研制發(fā)射任務(wù)。

我國首次太陽探測衛(wèi)星發(fā)射正逢建黨100周年，也是太原衛(wèi)星發(fā)射中心第100次宇航發(fā)射任務(wù)。本次發(fā)射采用長征二號丁一箭十一星“拼車”發(fā)射方式，除將“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(qiáng)試驗(yàn)衛(wèi)星、軌道大氣密度探測衛(wèi)星、氣象星座試驗(yàn)衛(wèi)星、空間交通試驗(yàn)衛(wèi)星等10顆搭載小衛(wèi)星發(fā)射入軌。

圖片?|?雷春鳴?NASA/GSFC/SDO

編輯?|?劉慶豐 楊璐? 王舒穎?劉彥 扈毅