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科技护航“首拍”超精超稳

2021-11-05

科学大观园 2021年21期
关键词:中国航天科技集团载荷观测

“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。

《人民日报》消息,10月14日18时51分,我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在太原卫星发射中心成功发射!

“羲和”探日实现了我国太阳探测零的突破,标志着我国太空探测正式步入“探日”时代!而且“羲和号”卫星一出手就不凡,在国际上首次实现太阳Hα波段光谱成像的空间探测,填补了太阳爆发源区高质量观测数据的空白,对我国空间科学探测及卫星技术发展都具有重要意义。

从嫦娥“探月”到天问“探火”,再到羲和“探日”,中国航天强国建设迈出坚实步伐。探测太阳有什么用?我国的太阳探测计划有哪些?“羲和号”卫星有哪些独特之处?

为什么要探测太阳?

身处太阳系之中,人类无法不对太阳系的中心——给地球带来光明与能量的太阳产生好奇和探究。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%,可以说是太阳系的绝对主宰。这是一颗时时刻刻发生氢、氦核聚变、发光发热的巨大恒星。

“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告诉记者,太阳活动周期约11年,2021年至2022年是人类有记录以来第25个太阳活动周期的开始,全世界又进入太阳研究新的高峰期。

国际上太阳探测如火如荼,中国的太阳探测计划当然不能落后。“十三五”期间,国家航天局就组织中国航天科技集团、南京大学、中国科学院等单位研究制定了空间科学研究发展路线图,并且紧锣密鼓开始实施。

“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。”赵坚透露,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,是掌管时间和历法的太阳神,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”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”进行实施,进一步了解太阳的构造,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。

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”开创多个“首次”

自上世纪60年代以来,世界各国已经先后发射了70多颗太阳探测卫星。例如,1990年发射、首次实现太阳极轨探测的“尤利西斯号”探测器;2018年发射、首次对太陽进行最近距离(9个太阳半径)抵近探测的“帕克”探测器;2020年发射、计划首次获取太阳极区图像并近距离探测太阳风等离子体、高能粒子的“太阳轨道飞行器”等。

那么,探测太阳的卫星与探测月球、火星的卫星又有何不同呢?“羲和号”科学与应用系统总设计师、南京大学副教李川介绍:“由于太阳的辐射非常强,在地球轨道处的辐射强度为每平方米1.36千瓦,因此‘羲和号上的太阳空间望远镜首先需要考虑的是温度控制,要通过滤光镜仅让所需要的波段进入望远镜系统,再通过相关热控技术将望远镜系统控制在工作温度范围内。另外,还需要重点考虑杂散光抑制,通过涂层、光阑等方式将系统内的散射光降到最低。”

Hα是研究太阳活动在光球和色球响应时最好的谱线之一,“羲和号”将在国际上首次实现对太阳Hα波段光谱成像的空间探测。“Hα线翼反映了太阳光球层信息,而线心则反映了色球层信息。一条谱线的光谱成像可获得光球和色球不同层次的信息,相当于给太阳做了一个纵切面的分析。”李川说。

中国航天科技集团八院相关负责人介绍,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的振动不可避免地会传递至载荷舱,造成载荷舱内望远镜观测质量下降。

此次“羲和号”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,将飞轮、太阳帆板等微振动源集中于平台舱,将太阳Hα光谱仪放置于载荷舱,并首次在轨应用磁浮控制技术和执行机构将平台舱与载荷舱进行物理隔离。

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