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由物理學(xué)院單旭副教授為主任設(shè)計師，地球和空間科學(xué)學(xué)院和物理學(xué)院組成的空間等離子體科學(xué)探測載荷研制團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合航天五院513所等單位，近期成功研制北斗三號衛(wèi)星低能離子探測載荷（LEIS）。載荷研制成果論文以“A low-energy ion spectrometer with large field of view and wide energy range onboard a Chinese GEO satellite”為題被OpenAstronomy期刊接受發(fā)表，首次在軌觀測結(jié)果以“First results of the low-energy ion spectrometer onboard a Chinese geosynchronous satellite”為題在線發(fā)表在SCIENCE CHINA Technological Sciences期刊。

空間低能離子是空間等離子體探測的基本要素，衛(wèi)星載荷的原位探測數(shù)據(jù)不僅可以用來研究太陽活動及其太陽風(fēng)對行星際空間和行星磁場的作用、磁層結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)、磁場重聯(lián)和環(huán)電流現(xiàn)象等空間物理，而且還能對空間天氣極端事件予以預(yù)警，為衛(wèi)星或飛船的安全運(yùn)行提供保障。因此，絕大部分的探測衛(wèi)星都會攜帶空間等離子體探測載荷。與國際先進(jìn)的低能粒子載荷相比，我國的同類載荷相對落后，獲得第一手的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)較少，相關(guān)科學(xué)和應(yīng)用研究受限。在王水院士、竇賢康院士等人倡議下，2012年地空學(xué)院汪毓明團(tuán)隊(duì)、物理學(xué)院陳向軍團(tuán)隊(duì)和安琪/劉樹彬團(tuán)隊(duì)聯(lián)合組建了中國科大空間低能粒子有效載荷研制團(tuán)隊(duì)，由單旭副教授任載荷主任設(shè)計師，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。2014年團(tuán)隊(duì)完成了空間低能離子譜儀原理樣機(jī)和性能定標(biāo)，2015年2月順利通過專家組評審。2016年3月團(tuán)隊(duì)承擔(dān)實(shí)踐十八號衛(wèi)星載荷研制任務(wù)，得益于前期的技術(shù)攻關(guān)，在一年時間內(nèi)完成了原理樣機(jī)、鑒定件和飛行件航天產(chǎn)品研制，并于2017年2月交付裝星，7月衛(wèi)星發(fā)射。載荷研制成果論文以“A low-energy ion spectrometer with half-space entrance for three-axis stabilized spacecraft”為題發(fā)表在SCIENCE CHINA Technological Sciences（2019,62: 1015-1027）期刊。審稿專家評價“It is very encourage to see the compact and capable ion spectrometer developed by a Chinese University. After comparing the parameters of their instrument with similar ones, this LIES shows higher capability than other spectrometers.”(看到中國大學(xué)研制出緊湊、功能強(qiáng)大的空間離子譜儀，非常令人鼓舞。與同類儀器參數(shù)相比，該譜儀比其它離子譜儀具有更高的性能)。

圖1.衛(wèi)星發(fā)射與在軌運(yùn)行：左圖為2020年6月23日衛(wèi)星發(fā)射圖（來自央視新聞）；右圖為衛(wèi)星載荷在軌運(yùn)行示意圖。

圖2.在軌觀測結(jié)果：左圖為空間離子的能量微分通量隨能量和時間的變化；右圖為空間離子的能量微分通量隨能量變化的定量數(shù)據(jù)。

2018年團(tuán)隊(duì)承擔(dān)北斗三號衛(wèi)星等離子體探測包的低能離子載荷研制任務(wù)，在上款載荷的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展了離子能量探測范圍；提高了能量和角度分辨率；減小了載荷功耗、尺寸和重量。載荷飛行件產(chǎn)品于2019年11月交付，2020年6月衛(wèi)星發(fā)射成功（見圖1）。2020年8月27日首次開機(jī)測試正常，2021年9月23日正式開始科學(xué)數(shù)據(jù)測量。圖2為首次在軌測量結(jié)果，從左圖可以看出由磁暴/亞暴導(dǎo)致離子通量變化的典型特征，以及衛(wèi)星表面充電帶來的離子聚集。右圖給出了離子微分通量的定量數(shù)據(jù)，與美國NASA的Van Allan探測結(jié)果一致，數(shù)據(jù)質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平。相關(guān)研究結(jié)果近期在線發(fā)表在中國科學(xué)-技術(shù)科學(xué)期刊上，審稿專家評價“The results are quite interesting, and the acquired scientific data are important in studying the magnetospheric ion dynamics as well as monitoring space environment.”(結(jié)果非常具有吸引力，獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)對研究磁層離子動力學(xué)和監(jiān)測空間環(huán)境很重要)。

北斗三號衛(wèi)星低能離子載荷的成功研制，標(biāo)志著中國科大空間低能粒子載荷研制團(tuán)隊(duì)和平臺建設(shè)日趨成熟，已經(jīng)具備承擔(dān)相關(guān)國家空間探測計劃任務(wù)的能力。

中國科大單旭副教授為上述論文的第一作者和通訊作者，繆彬副研究員為首次在軌觀測成果論文的共同第一作者，汪毓明教授為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、論文的共同通訊作者。該工作得到中科院、基金委、北斗辦、中國科大、513所等單位的資助和支持。

論文鏈接：

（地球和空間科學(xué)學(xué)院、物理學(xué)院、科研部）