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圖①：“羲和號”模擬高清圖。 |
隨著“羲和號”成功入軌，我國太空探測迎來“探日時代”。
探測太陽有什么用？我國太陽探測計劃有哪些？這顆衛(wèi)星有哪些創(chuàng)新之處？將給我國空間技術發(fā)展帶來哪些變化？為此，記者采訪了國家航天局相關專家。
及時開展太陽探測活動，貢獻中國方案
身處太陽系之中，人類無法不對給地球帶來光明與能量的太陽產生好奇并進行探索。科學家表示，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，質量則是地球的33萬倍，占整個太陽系總質量的99.87%。
“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^測與數據中心主任、高分辨率對地觀測重大專項工程總設計師趙堅介紹，太陽活動周期約11年，當前正處于第二十五個太陽活動周期，全世界又進入太陽研究新的高峰期。
據介紹，太陽黑子存在于太陽光球表面，是磁場的聚集之處。其數量和位置每隔一段時間會發(fā)生周期性變化。太陽耀斑是太陽活動的重要表現(xiàn)，是太陽表面局部區(qū)域突然和大規(guī)模的能量釋放過程，所輻射出的光的波長橫跨整個電磁波譜。日冕物質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)日冕物質拋射事件，可讓數十億噸的物質短時間內離開太陽，噴射到宇宙空間。
從世界范圍來看，自上世紀60年代以來，隨著航天技術的快速發(fā)展，全世界已發(fā)射了70多顆太陽觀測衛(wèi)星，聚焦于太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射的觀測研究。當前的主要趨勢是對太陽結構、磁場、黑子、耀斑、太陽大氣等進行綜合觀測和抵近觀測。
“探測和研究太陽活動，提出應對措施，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堅介紹，我國目前已經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，掌管時間和歷法，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”探測計劃則是研制發(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”實施，進一步了解太陽構造，確定太陽活動的三維結構，掌握其機理和活動規(guī)律，從而造福人類，趨利避害。
將首次實現(xiàn)空間太陽Hα波段光譜成像探測，提出天文光譜測速導航新方法
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；該軌道將經過地球的南北極，能夠24小時連續(xù)對太陽進行觀測。
“‘羲和號’成功發(fā)射，意味著我國實現(xiàn)太陽探測零的突破，標志著正式步入‘探日時代’?！壁w堅認為，“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，如將實現(xiàn)國際首次太陽Hα波段光譜成像的空間探測；首次提出天文光譜測速導航新方法和新技術等，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時最好的譜線之一，通過對該譜線的數據分析，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，探測數據不連續(xù)、不穩(wěn)定?，F(xiàn)在通過‘羲和號’探測，對其進行高分辨率成像，46秒內就能獲得全日面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，可以更加準確地獲得太陽爆發(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?！壁w堅介紹，“羲和號”衛(wèi)星在軌開展的相關試驗，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出，將顯著提高我國在太陽物理領域的國際影響力。
中國航天科技集團八院太陽探測科學技術試驗衛(wèi)星總設計師程衛(wèi)強告訴記者，衛(wèi)星空間太陽Hα波段的光譜成像探測可一次實現(xiàn)三大科學目標：觀測太陽耀斑和日冕物質拋射的光球及色球表現(xiàn)，揭示太陽爆發(fā)的源區(qū)動態(tài)特性和觸發(fā)機制；觀測太陽暗條形成和演化過程的色球表現(xiàn)，揭示其與太陽爆發(fā)的內在聯(lián)系；獲取全日面Hα波段多普勒速度分布，研究太陽低層大氣動力學過程，為解決“太陽爆發(fā)由里及表能量傳輸全過程物理模型”等科學問題提供重要支撐。
據了解，當前國際上，太陽探測已成為熱點，我國在太陽觀測領域發(fā)表論文數量已居世界第二位，但是使用的數據均來自于國外衛(wèi)星數據。“‘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)星數據科學委員會，制定數據政策，供國內外科學家研究、使用、共享衛(wèi)星探測數據，力爭產生原創(chuàng)性科學成果，為人類科學事業(yè)做出中國貢獻?！壁w堅說。
首創(chuàng)“雙超”平臺，推動高精度衛(wèi)星平臺技術跨越性發(fā)展
“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量級，業(yè)內稱之為“雙超”平臺，將推動我國高精度衛(wèi)星平臺技術跨越性發(fā)展。
隨著我國航天產業(yè)不斷發(fā)展，對地觀測、空間科學等各類航天任務對高性能衛(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。
“傳統(tǒng)衛(wèi)星采用平臺艙和載荷艙固連的設計方法，因此平臺艙活動部件振動會不可避免地傳遞至載荷，造成觀測質量下降?！背绦l(wèi)強介紹，在國家航天局支持下，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，采用磁浮控制技術和執(zhí)行機構實現(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)定度提升兩個數量級以上。
“羲和號”發(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)定度“雙超”衛(wèi)星結構平臺順利進入應用階段。
與此同時，“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、重復連接釋放、艙間電纜脫落與收納、原子鑒頻太陽導航儀等多項新技術和新產品。
趙堅介紹，“羲和號”高性能技術衛(wèi)星平臺在軌試驗成功后，將大幅提升我國空間觀測技術水平。未來，“雙超”平臺技術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)等新一代航天任務中推廣應用，推動我國空間科學領域、航天技術領域跨越式發(fā)展。
《 人民日報 》（ 2021年10月15日 06 版）
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