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上海航天助力中国探日计划 我国首颗太阳探测卫星亮相

来源:新民晚报     记者:叶薇     作者:叶薇     编辑:杨硕     2021-09-30 11:15 | |

图说:新概念展品探日卫星 刘茜/摄

   在第十三届中国国际航空航天博览会上,我国首颗太阳探测卫星——太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星备受瞩目。

   由中国航天科技集团有限公司第八研究院(上海航天技术研究院)抓总研制的太阳双超卫星,将在轨开展太阳爆发源区科学探测和双超平台在轨技术验证两大任务。卫星计划于今年发射,成功后将标志着中国正式进入探日时代。

   为何要开展空间太阳探测?为何要开展光学波段探测,难点在哪?当前全球空间太阳探测现状如何?上海航天的专家详细介绍了我国首颗太阳探测卫星:太阳双超卫星。

   空间太阳探测尚属空白

  

图说:太阳是宇宙中唯一可以进行高空间分辨观测的恒星 图来源/东方IC

   太阳是宇宙中唯一可以进行高空间分辨观测的恒星,通过对太阳的探测,人们可以深入了解天体磁场的起源和演化、高能粒子的加速和传播等重要物理过程,对天体物理学研究具有重要意义。同时,太阳的变化深刻地影响着地球上生命的生存。强耀斑和日冕物质抛射等太阳活动事件更是时刻影响着地球的空间环境,干扰通信和导航、威胁宇航员的健康,甚至毁坏航天器。因此,对太阳活动的观测和研究不仅具有重要的科学意义,更具有巨大的应用价值。

   目前,我国已初步建立了地面太阳监测网,并在太阳光谱、太阳磁场领域取得了一定的成果,但空间探测仍属空白。开展空间太阳探测将有效服务于我国基础科学研究,带动相关高科技产业链发展,甚至在不远的将来引领国际太阳物理研究发展。

   光学波段探测面临大挑战

   由于地球大气对紫外和X射线等电磁波是不透明的,因此,历史上的空间太阳观测在资源有限、技术条件不足的情况下,其观测对象重点是太阳的高层大气(日冕及过渡区),而可见光等波段观测主要基于地面望远镜。但地面上的可见光波段观测会受到阴雨天气影响,无法做到连续观测,而且受到地球大气吸收、扰动等因素的影响,观测分辨率很低。因此,开展光学波段的空间观测是国际太阳物理领域必然的发展趋势。

   太阳Hα谱线是太阳爆发时响应最强的色球谱线,能够直接反应爆发的源区特征,可以弥补当前空间望远镜在太阳低层大气(光球和色球)观测上的不足。利用高光谱成像技术,可以在同一时间得到Hα波段附近任意波长点的全日面图像,实现全天候、高时空分辨率、高光谱分辨率的太阳观测,可为太阳爆发的研究提供准确可靠的数据。而实现高光谱分辨率成像则要求成像过程中探测载荷具有极高的指向精度和稳定度,这对卫星平台的性能提出了极大的挑战。

   采用“双超”平台设计

   上世纪70年代至今,美欧日等航天国家和组织已发射数十颗专用太阳探测卫星。具有代表性的探测器包括1990年发射、轨道倾角为76°、首次实现了太阳极轨探测的“尤利西斯”探测器(Ulysses);1995年发射并首次在日地拉格朗日L1点开展探测的“太阳和日球层天文台”探测器(SOHO);2006年发射、采用双探测器绕日方式、首次实现了太阳立体探测的“日地关系天文台”探测器(STEREO);2018发射、首对太阳进行最近距离达到9个太阳半径抵近探测的“帕克”探测器(Parker);2020年发射、计划首次获取太阳极区的图像、近距离探测太阳风等离子体、高能粒子的“太阳轨道器”(SO)等,这些探测器取得了许多开创性的科学成就。当前,空间太阳探测正在向多波段、多视角、近距离、高时空分辨率的方向发展,空间太阳探测已成为推动太阳物理学科发展的主要动力。

   我国即将发射的太阳双超卫星的主要科学载荷为太阳Hα成像光谱仪,将在国际上首次实现空间太阳Hα波段的光谱成像探测。通过对这条谱线的数据分析,可获得太阳爆发时大气温度、速度等物理量的变化,研究太阳爆发的动力学过程及物理机制,显著提高我国在太阳物理领域的国际影响力。同时,卫星采用超高指向精度、超高稳定度平台(简称“双超”卫星平台)设计。通过采用平台舱、载荷舱可分离式设计理念,将实现载荷舱的超高精度指向控制,较现有水平提升1至2个数量级。

   新民晚报记者 叶薇 通讯员 黄帆

   相关链接:来自上海的“真家伙”

   不同于以往展出的卫星模型,此次航展中国航天科技集团有限公司第八研究院将一颗真实的卫星搬到了展会现场。

   本次展出的风云三号黎明星是卫星实物展品,是发射入轨的风云三号E星的“孪生兄弟”。这也是中国航天科技集团有限公司自珠海航展有史以来展出的第一个卫星实物展品。今年7月5日发射入轨的风云三号E星是风云系列中最新一颗低轨气象卫星,是国际首颗运行于晨昏轨道的民用气象卫星,有效填补了全球数值天气预报6小时同化窗内卫星观测资料的空白,实现全球观测资料在时间维度100%覆盖,进一步提升了我国气象预报预测、应对气候变化、防灾减灾等应用层面的能力和水平。

图说:风云三号E星的“孪生兄弟” 王诗荧/摄

   风云三号E星的成功发射弥补了卫星观测轨道(早5:30和傍晚17:30)的缺憾及观测资料的不足,有效补充6小时数值天气预报模式同化窗内卫星观测资料的空白。

   风云三号E星在轨测试工作已于7月23日正式开始,预计2021年底完成卫星系统测试工作并交付使用。目前,风云三号E星已与风云三号C星和D星组网运行,我国也因此成为国际上唯一同时拥有上午、下午、晨昏三条轨道气象卫星组网观测能力的国家,同时也提高了数据自主率。

图说:栅格舵 王诗荧/摄

   本次航展上,上海航天还带来了栅格舵,它是运载火箭一子级残骸落区控制飞行试验的备份件产品,2019年11月和2020年9月分别搭载CZ-4B运载火箭执行了两次飞行试验,飞行试验取得圆满成功,实现了将原有一子级残骸落区范围缩小85%以上的任务目标。栅格舵落区控制系统具有精度高、质量轻、成本低和适应性强等特点,后续有望成为我国运载火箭子级残骸落区控制的通用装备,这将极大改善落区安全环境,避免大规模人员疏散、生命财产损失和纠纷。

   简单来说,栅格舵是一种火箭飞行姿态控制装置,通过它们可以控制回收时的姿态,确保火箭残骸能够落在设定区域。在火箭冲向天空的过程中,“栅格舵”紧紧贴着火箭不工作;当火箭的一子级完成使命再入大气层时,“栅格舵”正式开始工作,它就像给无控的一子级装上一对“聪明灵活的翅膀”。

   新民晚报记者 叶薇



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