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14日18時51分，我國首顆太陽探測科學技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”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，實現(xiàn)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(wèi)星一出手就不凡，在國際上首次實現(xiàn)太陽Hα波段光譜成像的空間探測，填補了太陽爆發(fā)源區(qū)高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)的空白，對我國空間科學探測及衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展都具有重要意義。

從嫦娥“探月”到天問“探火”，再到羲和“探日”，中國航天強國建設(shè)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(wèi)星有哪些獨特之處？記者第一時間采訪了國家航天局相關(guān)專家。

太陽探測科學技術(shù)試驗衛(wèi)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(chǎn)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(zhì)量則是地球的33萬倍，占整個太陽系總質(zhì)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(fā)生氫、氦核聚變、發(fā)光發(fā)熱的巨大恒星。

“太陽對地球演化和人類文明發(fā)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(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?！眹液教炀謱Φ赜^測與數(shù)據(jù)中心主任、高分辨率對地觀測重大專項工程總設(shè)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(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)達國家，聚焦于太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)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(fā)射世界第一對孿生太陽觀測衛(wèi)星——日地關(guān)系觀測平臺，對太陽黑子爆發(fā)時進行了三維成像，幫助科學家們研究太陽周邊環(huán)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(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)進行探測，獲得了相當?shù)某晒?/p>

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。“十三五”期間，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(fā)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(yīng)對措施，能夠降低或規(guī)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(jīng)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(xiàn)了我國太陽探測破冰之旅，“夸父”計劃則是研制發(fā)射先進天基太陽天文臺衛(wèi)星，對太陽進行科學觀測，已納入中國科學院先導(dǎo)計劃，計劃于明年發(fā)射。

此外，我國正在論證后續(xù)太陽探測發(fā)展計劃，科學家們希望按照在黃道面內(nèi)多視角探測、大傾角太陽極區(qū)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(gòu)造，確定太陽活動的三維結(jié)構(gòu)，掌握其機理和活動規(guī)律，從而造福人類，趨利避害。

“羲和號”的創(chuàng)新之處在哪里？

專家介紹，此次發(fā)射的“羲和號”衛(wèi)星全稱是太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學技術(shù)試驗衛(wèi)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(shè)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(jīng)過地球的南北極，能夠24小時連續(xù)對太陽進行觀測。

太陽探測科學技術(shù)試驗衛(wèi)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(xiàn)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(dǎo)航新方法和新技術(shù)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(yīng)時最好的譜線之一，通過對該譜線的數(shù)據(jù)分析，可獲得太陽爆發(fā)時的大氣溫度、速度等物理量的變化，研究太陽爆發(fā)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(shù)據(jù)不連續(xù)不穩(wěn)定。現(xiàn)在通過‘羲和號’探測，對其進行高分辨率成像，46秒內(nèi)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(fā)時大氣溫度、速度等物理量的變化，進而建立太陽爆發(fā)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(fā)的觀測具有重要意義?！壁w堅介紹，“羲和號”衛(wèi)星在軌開展的相關(guān)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(chǎn)出，將顯著提高我國在太陽物理領(lǐng)域的國際影響力。

據(jù)了解，當前國際太陽探測成為熱點，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)。“‘羲和號’發(fā)射成功后，將打破這種被動局面，我國將成立衛(wèi)星數(shù)據(jù)科學委員會，制定數(shù)據(jù)政策，供國內(nèi)外科學家研究、使用、共享衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)，力爭產(chǎn)生原創(chuàng)性科學成果，為人類科學事業(yè)做出中國貢獻?！壁w堅說。

國際首創(chuàng)的“雙超”平臺長啥樣？

“羲和號”衛(wèi)星的創(chuàng)新意義不僅僅體現(xiàn)在太陽探測方面，它采用國際首創(chuàng)的雙超新技術(shù)衛(wèi)星平臺，實現(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)星平臺提高了兩個數(shù)量級，業(yè)內(nèi)稱之為“雙超”平臺，將推動我國高精度衛(wèi)星平臺技術(shù)革命性、跨越性發(fā)展。

據(jù)了解，隨著我國航天產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對地觀測、空間科學等各類航天任務(wù)對高性能衛(wèi)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(wěn)定度指標的衛(wèi)星平臺，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)星采用平臺艙和載荷艙固連的設(shè)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(zhì)量下降?！背绦l(wèi)強介紹，在國家航天局的大力支持下，衛(wèi)星研制團隊在國際上首次采用了“動靜隔離非接觸”總體設(shè)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(shù)和執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)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(wěn)定度提升兩個數(shù)量級以上?！棒撕吞枴卑l(fā)射成功，標志著我國自主研發(fā)的“超高指向精度”、“超高穩(wěn)定性”雙超衛(wèi)星結(jié)構(gòu)平臺順利進入應(yīng)用階段。

同時，“羲和號”衛(wèi)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(fù)連接釋放、艙間電纜脫落與收納、原子鑒頻太陽導(dǎo)航儀等多項新技術(shù)和新產(chǎn)品。

趙堅表示，“羲和號”高性能技術(shù)衛(wèi)星平臺在軌試驗成功后，是世界上首次將磁懸浮技術(shù)在航天器上進行工程應(yīng)用，將大幅提升我國空間觀測技術(shù)水平。未來，“雙超”平臺技術(shù)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(fā)現(xiàn)等新一代航天任務(wù)中推廣應(yīng)用，推動我國空間科學領(lǐng)域、航天技術(shù)領(lǐng)域跨越式發(fā)展。