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14日18時(shí)51分，我國(guó)首顆太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射！這顆衛(wèi)星可不得了，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)太陽(yáng)探測(cè)零的突破，標(biāo)志著我國(guó)太空探測(cè)正式步入“探日”時(shí)代！而且“羲和號(hào)”衛(wèi)星一出手就不凡，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)Hα波段光譜成像的空間探測(cè)，填補(bǔ)了太陽(yáng)爆發(fā)源區(qū)高質(zhì)量觀測(cè)數(shù)據(jù)的空白，對(duì)我國(guó)空間科學(xué)探測(cè)及衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展都具有重要意義。

從嫦娥“探月”到天問(wèn)“探火”，再到羲和“探日”，中國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)邁出堅(jiān)實(shí)步伐。探測(cè)太陽(yáng)有什么用？我國(guó)的太陽(yáng)探測(cè)計(jì)劃有哪些？“羲和號(hào)”衛(wèi)星有哪些獨(dú)特之處？記者第一時(shí)間采訪了國(guó)家航天局相關(guān)專家。

太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星模擬高清圖

為什么要探測(cè)太陽(yáng)？

身處太陽(yáng)系之中，人類無(wú)法不對(duì)太陽(yáng)系的中心——給地球帶來(lái)光明與能量的太陽(yáng)產(chǎn)生好奇和探究?？茖W(xué)家表示，大約在46億年前，太陽(yáng)在距離銀河系中心約2.6萬(wàn)光年處，由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而形成，太陽(yáng)壽命大致為100億年，目前正處于壯年期。太陽(yáng)直徑達(dá)139萬(wàn)公里，是地球的107倍，質(zhì)量則是地球的33萬(wàn)倍，占整個(gè)太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.87%，可以說(shuō)是太陽(yáng)系的絕對(duì)主宰。這是一顆時(shí)時(shí)刻刻發(fā)生氫、氦核聚變、發(fā)光發(fā)熱的巨大恒星。

“太陽(yáng)對(duì)地球演化和人類文明發(fā)展的作用不可或缺，同時(shí)，太陽(yáng)對(duì)地球的影響也無(wú)所不在，主要體現(xiàn)在太陽(yáng)爆發(fā)產(chǎn)生大量帶電高能粒子，對(duì)地球電磁環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，其中尤以太陽(yáng)黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射對(duì)地球電磁環(huán)境影響最為顯著。”國(guó)家航天局對(duì)地觀測(cè)與數(shù)據(jù)中心主任、高分辨率對(duì)地觀測(cè)重大專項(xiàng)工程總設(shè)計(jì)師趙堅(jiān)告訴記者，太陽(yáng)活動(dòng)周期約11年，2021年至2022年是人類有紀(jì)錄以來(lái)第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的開始，全世界又進(jìn)入太陽(yáng)研究新的高峰期。

從世界范圍來(lái)看，自上世紀(jì)60年代以來(lái)，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(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星，主要集中在美國(guó)、俄羅斯、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，聚焦于太陽(yáng)黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射的觀測(cè)研究。

有代表性的太陽(yáng)探測(cè)器都有哪些？專家舉了幾個(gè)例子，比如2006年10月美國(guó)發(fā)射世界第一對(duì)孿生太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星——日地關(guān)系觀測(cè)平臺(tái)，對(duì)太陽(yáng)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(yáng)周邊環(huán)境以及太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)整個(gè)太陽(yáng)系造成的影響；2009年1月，俄羅斯發(fā)射了“科羅納斯”太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星，探測(cè)太陽(yáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球氣候、大氣層及生物圈的影響；2018年美國(guó)“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器發(fā)射升空，近距離對(duì)太陽(yáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，獲得了相當(dāng)?shù)某晒?/p>

我國(guó)的太陽(yáng)探測(cè)計(jì)劃有哪些？

國(guó)際上太陽(yáng)探測(cè)如火如荼，中國(guó)的太陽(yáng)探測(cè)計(jì)劃當(dāng)然不能落后。“十三五”期間，國(guó)家航天局就組織中國(guó)航天科技集團(tuán)、南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等單位研究制定了空間科學(xué)研究發(fā)展路線圖，并且緊鑼密鼓開始實(shí)施。

“探測(cè)和研究太陽(yáng)活動(dòng)，提出應(yīng)對(duì)措施，能夠降低或規(guī)避對(duì)地球的不利影響。我國(guó)作為航天大國(guó)，及時(shí)開展太陽(yáng)探測(cè)活動(dòng)十分必要?！壁w堅(jiān)透露，我國(guó)目前已經(jīng)制定了兩個(gè)太陽(yáng)探測(cè)計(jì)劃，分別是“羲和”和“夸父”探測(cè)計(jì)劃，這是太陽(yáng)探測(cè)的中國(guó)方案和中國(guó)貢獻(xiàn)。羲和是中國(guó)上古神話中的太陽(yáng)女神，是掌管時(shí)間和歷法的太陽(yáng)神，并以太陽(yáng)母親的形象為人們所認(rèn)知。“羲和號(hào)”實(shí)現(xiàn)了我國(guó)太陽(yáng)探測(cè)破冰之旅，“夸父”計(jì)劃則是研制發(fā)射先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)，已納入中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)計(jì)劃，計(jì)劃于明年發(fā)射。

此外，我國(guó)正在論證后續(xù)太陽(yáng)探測(cè)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(cè)、大傾角太陽(yáng)極區(qū)探測(cè)和太陽(yáng)抵近觀測(cè)“三步走”進(jìn)行實(shí)施，進(jìn)一步了解太陽(yáng)的構(gòu)造，確定太陽(yáng)活動(dòng)的三維結(jié)構(gòu)，掌握其機(jī)理和活動(dòng)規(guī)律，從而造福人類，趨利避害。

“羲和號(hào)”的創(chuàng)新之處在哪里？

專家介紹，此次發(fā)射的“羲和號(hào)”衛(wèi)星全稱是太陽(yáng)Hα光譜探測(cè)與雙超平臺(tái)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，主要科學(xué)載荷為太陽(yáng)空間望遠(yuǎn)鏡?！棒撕吞?hào)”整星重量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(yáng)同步軌道，該軌道將經(jīng)過(guò)地球的南北極，能夠24小時(shí)連續(xù)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行觀測(cè)。

太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星模擬高清圖

趙堅(jiān)表示，“羲和”太陽(yáng)探測(cè)計(jì)劃緊緊圍繞太陽(yáng)探測(cè)熱點(diǎn)問(wèn)題，提出中國(guó)特色太陽(yáng)探測(cè)模式，如在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)空間太陽(yáng)Hα波段的光譜成像探測(cè)；首次提出天文光譜測(cè)速導(dǎo)航新方法和新技術(shù)等，都具有重要意義。

什么是太陽(yáng)Hα譜線？

專家解釋，太陽(yáng)Hα譜線是研究太陽(yáng)活動(dòng)在光球和色球響應(yīng)時(shí)最好的譜線之一，通過(guò)對(duì)該譜線的數(shù)據(jù)分析，可獲得太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)的大氣溫度、速度等物理量的變化，研究太陽(yáng)爆發(fā)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程和物理機(jī)制。

“之前只能在地球上對(duì)Hα譜線進(jìn)行探測(cè)，受大氣干擾，探測(cè)數(shù)據(jù)不連續(xù)不穩(wěn)定?，F(xiàn)在通過(guò)‘羲和號(hào)’探測(cè)，對(duì)其進(jìn)行高分辨率成像，46秒內(nèi)就能獲得全日面1600萬(wàn)個(gè)點(diǎn)上的光譜，在300余個(gè)波長(zhǎng)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(yáng)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(yáng)爆發(fā)從光球到日冕的完整物理模型。這對(duì)太陽(yáng)底層大氣和太陽(yáng)爆發(fā)的觀測(cè)具有重要意義。”趙堅(jiān)介紹，“羲和號(hào)”衛(wèi)星在軌開展的相關(guān)試驗(yàn)，是國(guó)際上第一次在太空進(jìn)行Hα譜線研究，有望獲得有國(guó)際影響力的科學(xué)產(chǎn)出，將顯著提高我國(guó)在太陽(yáng)物理領(lǐng)域的國(guó)際影響力。

據(jù)了解，當(dāng)前國(guó)際太陽(yáng)探測(cè)成為熱點(diǎn)，我國(guó)在太陽(yáng)觀測(cè)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(lái)自于國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)。“‘羲和號(hào)’發(fā)射成功后，將打破這種被動(dòng)局面，我國(guó)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(guó)內(nèi)外科學(xué)家研究、使用、共享衛(wèi)星探測(cè)數(shù)據(jù)，力爭(zhēng)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(guó)貢獻(xiàn)?！壁w堅(jiān)說(shuō)。

國(guó)際首創(chuàng)的“雙超”平臺(tái)長(zhǎng)啥樣？

“羲和號(hào)”衛(wèi)星的創(chuàng)新意義不僅僅體現(xiàn)在太陽(yáng)探測(cè)方面，它采用國(guó)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(jí)，業(yè)內(nèi)稱之為“雙超”平臺(tái)，將推動(dòng)我國(guó)高精度衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)革命性、跨越性發(fā)展。

據(jù)了解，隨著我國(guó)航天產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)地觀測(cè)、空間科學(xué)等各類航天任務(wù)對(duì)高性能衛(wèi)星平臺(tái)的需求越來(lái)越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高穩(wěn)定度指標(biāo)的衛(wèi)星平臺(tái)，是制約航天事業(yè)后續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)之一。

“傳統(tǒng)衛(wèi)星采用平臺(tái)艙和載荷艙固連的設(shè)計(jì)方法，因此平臺(tái)艙活動(dòng)部件振動(dòng)會(huì)不可避免地傳遞至載荷，造成觀測(cè)質(zhì)量下降?！背绦l(wèi)強(qiáng)介紹，在國(guó)家航天局的大力支持下，衛(wèi)星研制團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次采用了“動(dòng)靜隔離非接觸”總體設(shè)計(jì)新方法，將平臺(tái)艙與載荷艙物理隔離，并將飛輪、太陽(yáng)帆板等微振動(dòng)源集中于平臺(tái)艙、太陽(yáng)Hα光譜儀放置于載荷艙，采用磁浮控制技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩者物理非接觸隔離，不僅阻斷了平臺(tái)艙微振動(dòng)的傳遞路徑，同時(shí)解決了平臺(tái)艙熱變形對(duì)載荷艙影響，使載荷控制精度和穩(wěn)定度提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上?！棒撕吞?hào)”發(fā)射成功，標(biāo)志著我國(guó)自主研發(fā)的“超高指向精度”、“超高穩(wěn)定性”雙超衛(wèi)星結(jié)構(gòu)平臺(tái)順利進(jìn)入應(yīng)用階段。

同時(shí)，“羲和號(hào)”衛(wèi)星還將在軌驗(yàn)證無(wú)線能源傳輸、艙間無(wú)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(yáng)導(dǎo)航儀等多項(xiàng)新技術(shù)和新產(chǎn)品。

趙堅(jiān)表示，“羲和號(hào)”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(guó)空間觀測(cè)技術(shù)水平。未來(lái)，“雙超”平臺(tái)技術(shù)還將在高分辨率對(duì)地詳查、大比例尺立體測(cè)繪、太陽(yáng)立體探測(cè)、系外行星發(fā)現(xiàn)等新一代航天任務(wù)中推廣應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)空間科學(xué)領(lǐng)域、航天技術(shù)領(lǐng)域跨越式發(fā)展。