我國首顆探日衛(wèi)星羲和號成功發(fā)射 我國太陽探測計(jì)劃拉開帷幕

來源:快科技

10月14日18時(shí)51分,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)射我國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號”。

它將在國際上首次實(shí)現(xiàn)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。

【為什么要探測太陽?】

太陽目前正處于壯年期(壽命約100億年),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,是地球萬物生長的源泉。

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,2021-2022年是人類有記錄以來的第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】

20世紀(jì)60年代以來,全世界已發(fā)射了70多顆太陽觀測衛(wèi)星,主要來自美國、俄羅斯、日本等發(fā)達(dá)國家,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,其數(shù)量和位置每隔一段時(shí)間會發(fā)生周期的變化。

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。

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)系觀測臺,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,距離對太陽結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測,獲得了相當(dāng)?shù)某晒?/p>

當(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)行綜合觀測和抵觀測。

【中國的太陽探測計(jì)劃】

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。“天問一號”首次火星探測任務(wù)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)劃已經(jīng)拉開帷幕,揭開其神秘的面紗。

中國目前制定了兩個(gè)太陽探測計(jì)劃,分別是“羲和”和“夸父”探測計(jì)劃。

“羲和”號是發(fā)射太陽Hα光譜探測與超高指向精度、超高穩(wěn)定度衛(wèi)星臺試驗(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。

此名取義“效法羲和馭天馬,志在長空牧群星”,象征中國對太陽探索的緣起與拓展。

“夸父”計(jì)劃是研制發(fā)射先進(jìn)天基太陽天文臺衛(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。

夸父源自《山海經(jīng)》,夸父追日,最后化身為夸父山的傳說廣為人們所熟知。

“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,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。

“夸父”計(jì)劃天基太陽天文臺衛(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)載荷是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埃米(1埃米等于百億分之一米),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,太陽Hα譜線只能在地球上進(jìn)行探測,但因受大氣干擾,探測數(shù)據(jù)不連續(xù)不穩(wěn)定。

現(xiàn)在通過“羲和”號探測,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。

“羲和”號衛(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)星臺技術(shù),推動(dòng)我國高精度衛(wèi)星臺技術(shù)革命、跨越發(fā)展。

“羲和”號衛(wèi)星臺從總體設(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)載荷艙與臺艙的動(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)星載荷與臺固連設(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)星臺相比,“羲和”號衛(wèi)星臺的指向精度、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、艙間指向精度、姿態(tài)穩(wěn)定度均提高了2個(gè)數(shù)量級。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”號高能技術(shù)衛(wèi)星臺在軌試驗(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,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)。

“羲和”號衛(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,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)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(000901,股吧)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(000547,股吧)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)星臺技術(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)星臺,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)星臺提高了兩個(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。

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)。

最后值得一提的是,此次任務(wù)是長征系列運(yùn)載火箭第391次發(fā)射,采用長征二號丁一箭十一星“拼車”方式,除了將“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。

標(biāo)簽: 探日衛(wèi)星 太陽探測計(jì)劃 月球探測 火星探測

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