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我国成功发射先进天基太阳天文台卫星,专家解读:为何研制?如何“逐日”?

每日经济新闻 2022-10-09 09:04:00

每经编辑 毕陆名

据新华社9日消息,10月9日7时43分,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,成功将先进天基太阳天文台卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。这颗卫星主要用于太阳耀斑爆发和日冕物质抛射与太阳磁场之间的因果关系等研究,并为空间天气预报提供数据支持。这次任务是长征系列运载火箭的第442次飞行。中国为什么要研制综合性太阳探测卫星?“夸父一号”科学目标有哪些?如何实施“逐日”探测?“夸父一号”卫星首席科学家、卫星系统和科学应用系统总设计师等对这些问题进行科普解读。

我国成功发射先进天基太阳天文台卫星

据央视新闻9日报道,北京时间2022年10月9日7时43分,

先进天基太阳天文台是由中国太阳物理学家自主提出的综合性太阳探测专用卫星,是中国科学院空间科学先导专项继“悟空”“墨子号”“慧眼”“实践十号”“太极一号”“怀柔一号”之后,研制发射的又一颗空间科学卫星,实现了我国天基太阳探测卫星跨越式突破。

10月9日7时43分,我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,成功将先进天基太阳天文台卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。图片来源:新华社

太阳活动具有周期性,每11年一个周期,2024-2025年将迎来下一个太阳活动高峰。先进天基太阳天文台将利用太阳活动第25周峰年的契机,以“一磁两暴”为科学目标开展观测。“一磁”即太阳磁场,“两暴”即太阳上两类最剧烈的爆发现象——太阳耀斑和日冕物质抛射。该卫星将研究“一磁两暴”的形成、演化、相互作用、彼此关联等,为影响人类航天、通讯、导航等高科技活动的空间灾害性天气预报提供支持。

先进天基太阳天文台搭载了全日面矢量磁象仪、莱曼阿尔法太阳望远镜和太阳硬X射线成像仪三台有效载荷。三台载荷相互配合,可以实现在一颗近地卫星平台上对太阳磁场、太阳耀斑非热辐射、日冕物质抛射日面形成和近日面传播的同时观测。借助莱曼阿尔法太阳望远镜,科学家将首次在莱曼阿尔法波段实现全日面和近日冕的同时观测。该卫星设计寿命4年,运行在距离地面约720千米的太阳同步晨昏轨道。

据该卫星首席科学家甘为群介绍,在卫星发射以后,他们计划开展一系列的国际合作。例如,开设一个国际培训,告诉国际同行怎么样下载数据、使用卫星的数据,以及怎么样使用相关的软件。在轨测试结束以后,卫星所有的数据,包括软件将及时对国际同行开放,共同实现卫星的科学目标。

另据介绍,在2022年7月,卫星工程部门就向全国征名,共搜集到25000多份提名,其中三分之一都建议命名为“夸父”,最后选择使用“夸父一号”作为卫星的名称,反映了中国人对“夸父逐日”神话的喜爱,对太阳神秘的追求。专家也希望中国的探日计划能够以“夸父”形成系列。

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专家解读“夸父一号”卫星

据中国新闻网9日报道,“夸父一号”卫星首席科学家、中科院紫金山天文台甘为群研究员介绍说,中国空间太阳探测的尝试最早在20世纪70年代中期,1976年曾提出主要观测太阳的“天文一号”卫星;在2001年发射神舟二号飞船上搭载的空间天文(主要观测太阳)分系统取得成功;期间还提出“空间太阳望远镜计划”;2004年提出中法合作“太阳爆发探测小卫星计划”,以及日地三星计划;2011年中科院空间科学先导专项(一期)正式启动,先进天基太阳天文台刚好是为响应专项而提出的卫星计划。现在回顾起来,中国之前虽有一系列太阳探测卫星计划的提出和尝试,但均未走到最后,太阳探测专门卫星基本为零,先进天基太阳天文台卫星计划填补了这一空白。

这颗卫星计划提出来的时候,国际上已有70多颗太阳探测专用卫星或相关卫星,中国在太阳物理地面设施和包括发表学术论文的研究方面已位居世界前列,为什么还要自主研制太阳探测专门卫星?甘为群指出,中国科学家发表研究论文所用的绝大部分观测数据,都是来自国际上太阳卫星共享的资料、软件、数据。“作为一个科研工作者,作为中国的太阳物理学家,你觉得你是世界领先的吗?正是在这样的背景下,我们一定要发射自己的(太阳探测)科学卫星”。从这个角度来讲,提出研制发射“夸父一号”卫星计划,就是强调中国要在国际上对太阳物理研究数据源头作出重要贡献。

△先进天基太阳天文台卫星效果图

他说,先进天基太阳天文台先后经历预先研究、背景型号、综合立项论证等程序,于2017年底获得工程立项批复,又经过5年的工程研制,突破诸多关键技术并克服疫情等重重困难,现在终于成功发射升空,“所以我们把先进天基太阳天文台(即“夸父一号”卫星),定义为开启了中国综合性太阳观测的新时代”。作为中国的综合性太阳探测专用卫星,“夸父一号”将实现中国太阳卫星探测跨越式突破。

甘为群表示,“夸父一号”卫星的科学目标可概括为“一磁两暴”,“一磁”就是太阳磁场,“两暴”就是太阳上两类最剧烈的爆发现象——耀斑和日冕物质抛射。太阳物理学家就是要研究这三者之间的关系,即磁场与耀斑、磁场与日冕物质抛射、日冕物质抛射与耀斑的关系,研究它们的形成、演化、相互作用和可能存在的因果关联,同时为空间天气预警提供支持。

为实现“一磁两暴”的科学目标,“夸父一号”卫星上搭载有全日面矢量磁像仪(FMG)、莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)和硬X射线成像仪(HXI)3个各具特色的有效载荷,分别观测太阳磁场、日冕物质抛射和太阳耀斑。

“夸父一号”卫星有哪些创新?甘为群总结为“三个首次”:一是国际上首次以“一磁两暴”作为卫星的科学目标并且配置相应的载荷组合;二是国际上首次在一颗近地卫星平台上,对全日面矢量磁场、太阳耀斑非热辐射成像、日冕物质抛射的日面形成和近日面传播同时进行观测;三是国际上首次在莱曼阿尔法谱线波段实现全日面和近日冕无缝同时成像观测。

“夸父一号”卫星系统总设计师、中科院微小卫星创新研究院诸成研究员指出,该卫星要高精度观测太阳,3台有效载荷在国内均为首次上天,可借鉴的经验少,新技术、新部件、新材料多,而且要实现的任务比较多、比较复杂,卫星研制通过突破一系列关键技术,主要解决了三方面难点:

第一,星载7台光学设备,同时精确指向太阳,确保每台光学设备对太阳完整成像,所以各光学设备光轴之间的一致性要求非常高,这就需要高精度装配达到这些光轴的一致。第二,卫星要经历发射过程的力学振动和冲击环境、太空中冷热交替变化环境、超高真空环境,要保持星上各光学设备光轴之间变化极小,确保卫星寿命期内各光学设备观测对象完整性。第三,采用对星上活动部件振动降低技术和稳像技术,实现光学防抖,获取清晰的观测图像。

每日经济新闻综合新华社、央视新闻、中国新闻网

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