我国实现太阳探测零的突破——“羲和号”来了!

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随着“羲和号”成功入轨,我国太空探测迎来“探日时代”。

探测太阳有什么用?我国太阳探测计划有哪些?这颗卫星有哪些创新之处?将给我国空间技术发展带来哪些变化?为此,记者采访了国家航天局相关专家。

及时开展太阳探测活动,贡献中国方案

身处太阳系之中,人类无法不对给地球带来光明与能量的太阳产生好奇并进行探索。科学家表示,大约在46亿年前,太阳在距离银河系中心约2.6万光年处,由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而形成,太阳寿命大致为100亿年,目前正处于壮年期。太阳直径达139万公里,是地球的107倍,质量则是地球的33万倍,占整个太阳系总质量的99.87%。

“太阳对地球演化和人类文明发展的作用不可或缺;同时太阳对地球的影响也无所不在,主要体现在太阳爆发产生大量带电高能粒子,对地球电磁环境造成严重破坏,其中尤以太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射对地球电磁环境影响最为显著。”国家航天局对地观测与数据中心主任、高分辨率对地观测重大专项工程总设计师赵坚介绍,太阳活动周期约11年,当前正处于第二十五个太阳活动周期,全世界又进入太阳研究新的高峰期。

据介绍,太阳黑子存在于太阳光球表面,是磁场的聚集之处。其数量和位置每隔一段时间会发生周期性变化。太阳耀斑是太阳活动的重要表现,是太阳表面局部区域突然和大规模的能量释放过程,所辐射出的光的波长横跨整个电磁波谱。日冕物质抛射是太阳释放能量的另一种形式,一次巨大的太阳爆发日冕物质抛射事件,可让数十亿吨的物质短时间内离开太阳,喷射到宇宙空间。

从世界范围来看,自上世纪60年代以来,随着航天技术的快速发展,全世界已发射了70多颗太阳观测卫星,聚焦于太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射的观测研究。当前的主要趋势是对太阳结构、磁场、黑子、耀斑、太阳大气等进行综合观测和抵近观测。

“探测和研究太阳活动,提出应对措施,能够降低或规避对地球的不利影响。我国作为航天大国,及时开展太阳探测活动十分必要。”赵坚介绍,我国目前已经制定了两个太阳探测计划,分别是“羲和”和“夸父”探测计划,这是太阳探测的中国方案和中国贡献。羲和是中国上古神话中的太阳女神,掌管时间和历法,并以太阳母亲的形象为人们所认知。“羲和号”实现了我国太阳探测破冰之旅;“夸父”探测计划则是研制发射先进天基太阳天文台卫星,对太阳进行科学观测,已纳入中国科学院先导计划,计划于明年发射。

此外,我国正在论证后续太阳探测发展计划,科学家们希望按照在黄道面内多视角探测、大倾角太阳极区探测和太阳抵近观测“三步走”实施,进一步了解太阳构造,确定太阳活动的三维结构,掌握其机理和活动规律,从而造福人类,趋利避害。

将首次实现空间太阳Hα波段光谱成像探测,提出天文光谱测速导航新方法

专家介绍,此次发射的“羲和号”卫星全称是太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星,主要科学载荷为太阳空间望远镜。“羲和号”整星重量508公斤,设计寿命3年,运行于517公里高度、倾角98度的太阳同步轨道;该轨道将经过地球的南北极,能够24小时连续对太阳进行观测。

“‘羲和号’成功发射,意味着我国实现太阳探测零的突破,标志着正式步入‘探日时代’。”赵坚认为,“羲和”太阳探测计划紧紧围绕太阳探测热点问题,提出中国特色太阳探测模式,如将实现国际首次太阳Hα波段光谱成像的空间探测;首次提出天文光谱测速导航新方法和新技术等,都具有重要意义。

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什么是太阳Hα谱线?

专家解释,太阳Hα谱线是研究太阳活动在光球和色球响应时最好的谱线之一,通过对该谱线的数据分析,可获得太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化,研究太阳爆发的动力学过程和物理机制。

“之前只能在地球上对Hα谱线进行探测,受大气干扰,探测数据不连续、不稳定。现在通过‘羲和号’探测,对其进行高分辨率成像,46秒内就能获得全日面1600万个点上的光谱,在300余个波长点上同时获得色球和光球的二维图像,可以更加准确地获得太阳爆发时大气温度、速度等物理量的变化,进而建立太阳爆发从光球到日冕的完整物理模型。”赵坚介绍,“羲和号”卫星在轨开展的相关试验,是国际上第一次在太空进行Hα谱线研究,有望获得有国际影响力的科学产出,将显著提高我国在太阳物理领域的国际影响力。

中国航天科技集团八院太阳探测科学技术试验卫星总设计师程卫强告诉记者,卫星空间太阳Hα波段的光谱成像探测可一次实现三大科学目标:观测太阳耀斑和日冕物质抛射的光球及色球表现,揭示太阳爆发的源区动态特性和触发机制;观测太阳暗条形成和演化过程的色球表现,揭示其与太阳爆发的内在联系;获取全日面Hα波段多普勒速度分布,研究太阳低层大气动力学过程,为解决“太阳爆发由里及表能量传输全过程物理模型”等科学问题提供重要支撑。

据了解,当前国际上,太阳探测已成为热点,我国在太阳观测领域发表论文数量已居世界第二位,但是使用的数据均来自于国外卫星数据。“‘羲和号’发射成功后,将打破这种被动局面,我国将成立卫星数据科学委员会,制定数据政策,供国内外科学家研究、使用、共享卫星探测数据,力争产生原创性科学成果,为人类科学事业做出中国贡献。”赵坚说。

首创“双超”平台,推动高精度卫星平台技术跨越性发展

“羲和号”卫星的创新意义不仅仅体现在太阳探测方面。它采用国际首创的“双超”新技术卫星平台,实现了载荷在轨指向的超高精度和超高稳定度控制,比目前同等惯量的卫星平台提高了两个数量级,业内称之为“双超”平台,将推动我国高精度卫星平台技术跨越性发展。

随着我国航天产业不断发展,对地观测、空间科学等各类航天任务对高性能卫星平台的需求越来越迫切,尤其是具有超高指向精度、超高稳定度指标的卫星平台。

“传统卫星采用平台舱和载荷舱固连的设计方法,因此平台舱活动部件振动会不可避免地传递至载荷,造成观测质量下降。”程卫强介绍,在国家航天局支持下,卫星研制团队在国际上首次采用了“动静隔离非接触”总体设计新方法,将平台舱与载荷舱物理隔离,并将飞轮、太阳帆板等微振动源集中于平台舱、太阳Hα光谱仪放置于载荷舱,采用磁浮控制技术和执行机构实现两者物理非接触隔离,不仅阻断了平台舱微振动的传递路径,同时解决了平台舱热变形对载荷舱影响,使载荷控制精度和稳定度提升两个数量级以上。

“羲和号”发射成功,标志着我国自主研发的超高指向精度、超高稳定度“双超”卫星结构平台顺利进入应用阶段。

与此同时,“羲和号”卫星还将在轨验证无线能源传输、舱间无线通信、舱间激光通信、重复连接释放、舱间电缆脱落与收纳、原子鉴频太阳导航仪等多项新技术和新产品。

赵坚介绍,“羲和号”高性能技术卫星平台在轨试验成功后,将大幅提升我国空间观测技术水平。未来,“双超”平台技术还将在高分辨率对地详查、大比例尺立体测绘、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中推广应用,推动我国空间科学领域、航天技术领域跨越式发展。(记者 冯 华)

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       发布于 2021-10-27 03:09:33  回复
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