為什么要“探日”

　　10月14日，我國(guó)首顆太陽(yáng)探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，對(duì)我國(guó)空間科學(xué)探測(cè)及衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展具有重要意義，標(biāo)志著我國(guó)正式進(jìn)入“探日”時(shí)代。記者就此采訪了國(guó)家航天局對(duì)地觀測(cè)與數(shù)據(jù)中心主任、高分辨率對(duì)地觀測(cè)重大專項(xiàng)工程總設(shè)計(jì)師趙堅(jiān)。

　　記者：探測(cè)太陽(yáng)的意義是什么？

　　　趙堅(jiān)：太陽(yáng)是地球人類文明和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展最重要的環(huán)境影響因素，是萬(wàn)物生長(zhǎng)的源泉。太陽(yáng)是太陽(yáng)系中最大的天體，距離地球約1.5億公里，是離地球最近、與人類關(guān)系最密切的恒星。大約在46億年前，太陽(yáng)在距離銀河系中心約2.6萬(wàn)光年處，由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而形成。太陽(yáng)壽命大致為100億年，目前正處于壯年期。太陽(yáng)直徑達(dá)139萬(wàn)公里，是地球的109倍，質(zhì)量達(dá)2000億億億噸，是地球的33萬(wàn)倍，占整個(gè)太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.87%。太陽(yáng)是一顆時(shí)時(shí)刻刻發(fā)生氫、氦核聚變，發(fā)光發(fā)熱的巨大恒星，為我們的地球帶來(lái)了光明與能量。

　　太陽(yáng)對(duì)地球演化和人類文明發(fā)展的作用是不可或缺的。同時(shí)，太陽(yáng)對(duì)地球的影響也是無(wú)處不在，主要體現(xiàn)在太陽(yáng)爆發(fā)產(chǎn)生大量帶電高能粒子，對(duì)地球電磁環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，其中尤以太陽(yáng)黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射對(duì)地球電磁環(huán)境影響最為顯著。太陽(yáng)活動(dòng)周期約11年，2021年至2022年是人類有記錄以來(lái)第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的開始，全世界又進(jìn)入太陽(yáng)研究新的高峰期。探測(cè)和研究太陽(yáng)活動(dòng)、提出應(yīng)對(duì)措施，可以降低或規(guī)避對(duì)地球的不利影響。我國(guó)作為航天大國(guó)，及時(shí)開展太陽(yáng)探測(cè)活動(dòng)，十分必要，不能缺席。

　　記者：人類目前對(duì)太陽(yáng)探測(cè)的進(jìn)展如何？

　　　趙堅(jiān)：自古以來(lái)，人類對(duì)太陽(yáng)充滿了好奇，通過(guò)各種方式對(duì)其進(jìn)行了觀測(cè)和研究。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著航天技術(shù)的快速發(fā)展，全世界已發(fā)射了70多顆太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星，主要集中在美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家，主要聚焦太陽(yáng)黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射的觀測(cè)研究。

　　太陽(yáng)黑子存在于太陽(yáng)光球表面，是磁場(chǎng)的聚集之處，太陽(yáng)黑子的數(shù)量和位置每隔一段時(shí)間會(huì)發(fā)生周期性的變化。太陽(yáng)耀斑是一種強(qiáng)烈的輻射爆炸，是太陽(yáng)系中最激烈的局部區(qū)域的爆炸事件，它所輻射出的光的波長(zhǎng)橫跨整個(gè)電磁波譜。日冕物質(zhì)拋射是太陽(yáng)釋放能量的另一種形式，一次巨大的太陽(yáng)爆發(fā)日冕物質(zhì)拋射事件，可讓數(shù)十億噸的物質(zhì)短時(shí)間內(nèi)離開太陽(yáng)，噴射到宇宙空間。

　　近期典型的太陽(yáng)探測(cè)器，如2006年10月美國(guó)發(fā)射的世界第一對(duì)孿生太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星——日地關(guān)系觀測(cè)平臺(tái)，對(duì)太陽(yáng)黑子爆發(fā)進(jìn)行了三維成像，幫助科學(xué)家們研究太陽(yáng)周邊環(huán)境以及太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)整個(gè)太陽(yáng)系造成的影響；2009年1月，俄羅斯發(fā)射了“科羅納斯”太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星，探測(cè)太陽(yáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球氣候、大氣層及生物圈的影響；2018年美國(guó)“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器發(fā)射升空，近距離對(duì)太陽(yáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，獲得了相當(dāng)?shù)某晒?。?dāng)前世界主要趨勢(shì)是對(duì)太陽(yáng)結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)、黑子、耀斑、太陽(yáng)大氣等進(jìn)行綜合觀測(cè)和抵近觀測(cè)。

　　記者：我國(guó)太陽(yáng)探測(cè)的計(jì)劃是什么？

　　　趙堅(jiān)：中國(guó)目前已經(jīng)制定了兩個(gè)太陽(yáng)探測(cè)計(jì)劃。它們分別是“羲和”和“夸父”探測(cè)計(jì)劃，這是太陽(yáng)探測(cè)的中國(guó)方案和中國(guó)貢獻(xiàn)?！棒撕吞?hào)”是發(fā)射太陽(yáng)Hα光譜探測(cè)與超高指向精度、超高穩(wěn)定度衛(wèi)星平臺(tái)試驗(yàn)的科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)我國(guó)太陽(yáng)探測(cè)破冰之旅。羲和是中國(guó)上古神話中的太陽(yáng)女神，是掌管時(shí)間和歷法的太陽(yáng)神，并以太陽(yáng)母親的形象為人們所認(rèn)知?！翱涓浮庇?jì)劃是研制發(fā)射先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星，對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)，已納入中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)計(jì)劃?？涓冈醋浴渡胶＝?jīng)》中的夸父追日，廣為人們所熟知。這兩個(gè)計(jì)劃經(jīng)過(guò)多年的準(zhǔn)備，終于拉開序幕，“羲和號(hào)”衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命3年，運(yùn)行于517公里高度、傾角98度的太陽(yáng)同步軌道，該軌道將經(jīng)過(guò)地球的南北極，能夠24小時(shí)連續(xù)地對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行觀測(cè)。“夸父”計(jì)劃天基太陽(yáng)天文臺(tái)衛(wèi)星計(jì)劃明年發(fā)射，也是運(yùn)行于太陽(yáng)同步軌道，軌道高度約700公里。

　　此外，我國(guó)正在論證后續(xù)太陽(yáng)探測(cè)發(fā)展計(jì)劃，科學(xué)家們希望按照在黃道面內(nèi)多視角探測(cè)、大傾角太陽(yáng)極區(qū)探測(cè)和太陽(yáng)抵近觀測(cè)“三步走”實(shí)施，由易到難，逐步深入，進(jìn)一步了解太陽(yáng)的構(gòu)造，確定太陽(yáng)活動(dòng)的三維結(jié)構(gòu)，掌握機(jī)理和活動(dòng)規(guī)律，預(yù)報(bào)空間天氣，造福人類，趨利避害。

　　記者：我國(guó)首次探日有哪些意義？

　　　趙堅(jiān)：一是實(shí)現(xiàn)我國(guó)太陽(yáng)探測(cè)零的突破，標(biāo)志著我國(guó)正式步入“探日”時(shí)代。“羲和號(hào)”衛(wèi)星的主要科學(xué)載荷為Hα成像光譜儀。太陽(yáng)Hα譜線是光子與氫原子相互作用后電子能級(jí)躍遷產(chǎn)生的譜線之一，其線心位于可見光波段，是太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)響應(yīng)最強(qiáng)的色球譜線，能夠直接反映爆發(fā)的源區(qū)特征。此前，只能在地球上進(jìn)行探測(cè)，因受大氣干擾，探測(cè)數(shù)據(jù)不連續(xù)不穩(wěn)定，現(xiàn)在通過(guò)“羲和號(hào)”探測(cè)太陽(yáng)Hα譜線，對(duì)其進(jìn)行高分辨率成像，在46秒內(nèi)獲得全日面1600萬(wàn)個(gè)點(diǎn)上的光譜，在300余個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)上同時(shí)獲得色球和光球的二維圖像，可以更加準(zhǔn)確地獲得太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)大氣溫度、速度等物理量的變化，進(jìn)而建立太陽(yáng)爆發(fā)從光球到日冕的能量積累、釋放、傳輸?shù)耐暾锢砟Ｐ?，?duì)研究太陽(yáng)爆發(fā)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程及物理機(jī)制提供關(guān)鍵依據(jù)，對(duì)太陽(yáng)底層大氣和太陽(yáng)爆發(fā)的觀測(cè)具有重要意義?！棒撕吞?hào)”衛(wèi)星在軌開展的相關(guān)試驗(yàn)，是國(guó)際上第一次在太空進(jìn)行Hα譜線研究，有望獲得有國(guó)際影響力的科學(xué)產(chǎn)出，將顯著提高我國(guó)在太陽(yáng)物理領(lǐng)域的國(guó)際影響力。

　　二是在軌試驗(yàn)超高指向精度、超高穩(wěn)定度的新型衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)高精度衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)革命性、跨越性發(fā)展。隨著我國(guó)航天產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)地觀測(cè)、空間科學(xué)探測(cè)等各類航天任務(wù)對(duì)高性能衛(wèi)星平臺(tái)的需求越來(lái)越迫切，尤其亟須發(fā)展具有超高指向精度、超高穩(wěn)定度指標(biāo)的衛(wèi)星平臺(tái)?！棒撕吞?hào)”衛(wèi)星平臺(tái)從總體設(shè)計(jì)理念上打破傳統(tǒng)固連設(shè)計(jì)思想，采用非接觸磁浮作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)載荷艙與平臺(tái)艙的動(dòng)靜隔離，通過(guò)主從協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)載荷艙超精超穩(wěn)及兩艙協(xié)同控制，解決了傳統(tǒng)衛(wèi)星載荷與平臺(tái)固連設(shè)計(jì)導(dǎo)致的微振動(dòng)難測(cè)、難控的技術(shù)瓶頸問(wèn)題，與傳統(tǒng)衛(wèi)星平臺(tái)相比，“羲和號(hào)”衛(wèi)星平臺(tái)的指向精度、姿態(tài)穩(wěn)定度均提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)，“羲和號(hào)”衛(wèi)星還將在軌驗(yàn)證無(wú)線能源傳輸、艙間無(wú)線通信、艙間激光通信、重復(fù)連接釋放、艙間電纜脫落與收納、原子鑒頻太陽(yáng)導(dǎo)航儀等多項(xiàng)新技術(shù)和新產(chǎn)品?！棒撕吞?hào)”高性能技術(shù)衛(wèi)星平臺(tái)在軌試驗(yàn)成功后，是世界上首次將磁懸浮技術(shù)在航天器上進(jìn)行工程應(yīng)用，將大幅提升我國(guó)空間觀測(cè)技術(shù)水平，有望在將來(lái)的對(duì)地觀測(cè)、空間科學(xué)探測(cè)等新一代航天任務(wù)中得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用前景廣闊。

　　三是開拓我國(guó)太陽(yáng)探測(cè)國(guó)際合作和交流的新局面，大幅提高我國(guó)在太陽(yáng)物理領(lǐng)域研究的國(guó)際地位。國(guó)際太陽(yáng)探測(cè)發(fā)展變化很快，我國(guó)在太陽(yáng)觀測(cè)領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)量已居世界第二位，但是使用的數(shù)據(jù)均來(lái)自國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)。該衛(wèi)星發(fā)射成功后，將打破我國(guó)在此領(lǐng)域的被動(dòng)局面，我國(guó)將成立衛(wèi)星數(shù)據(jù)科學(xué)委員會(huì)，制定數(shù)據(jù)政策，供國(guó)內(nèi)外科學(xué)家研究、使用、共享衛(wèi)星探測(cè)數(shù)據(jù)，力爭(zhēng)產(chǎn)生原創(chuàng)性科學(xué)成果，為人類科學(xué)事業(yè)作出中國(guó)貢獻(xiàn)。

　　四是激發(fā)探索空間科學(xué)的熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新高端人才。通過(guò)首次太陽(yáng)探測(cè)計(jì)劃，可大量培養(yǎng)我國(guó)在空間科學(xué)和空間技術(shù)的高端創(chuàng)新人才，并通過(guò)對(duì)所獲數(shù)據(jù)的分析，與世界其他國(guó)家開展太陽(yáng)探測(cè)數(shù)據(jù)共享、結(jié)合和互補(bǔ)，更好地開展太陽(yáng)活動(dòng)機(jī)理研究，探索太陽(yáng)系起源及演變規(guī)律及對(duì)地球大氣及生物圈的影響，提高我國(guó)空間科學(xué)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。與此同時(shí)，進(jìn)一步提高人民群眾的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)青少年探索空間科學(xué)的熱情。

　　記者：此次探測(cè)任務(wù)有哪些特點(diǎn)？

　　　趙堅(jiān)：一是起步晚，起點(diǎn)高。“十三五”期間，國(guó)家航天局組織中國(guó)航天科技集團(tuán)、南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等單位，緊密圍繞國(guó)家航天發(fā)展規(guī)劃，瞄準(zhǔn)我國(guó)航天發(fā)展急需的創(chuàng)新技術(shù)驗(yàn)證和空間科學(xué)前沿研究需求，制定了空間科學(xué)研究發(fā)展路線圖，提出了“太陽(yáng)Hα波段光譜成像探測(cè)+超高指向精度、超高穩(wěn)定度衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)飛行驗(yàn)證”的任務(wù)目標(biāo)。雖然起步晚，但在軌驗(yàn)證新技術(shù)新產(chǎn)品多，試驗(yàn)項(xiàng)目豐富，探測(cè)目標(biāo)聚焦準(zhǔn)確，研究起點(diǎn)高。

　　二是緊緊圍繞太陽(yáng)探測(cè)熱點(diǎn)問(wèn)題，提出中國(guó)特色太陽(yáng)探測(cè)模式。“羲和號(hào)”衛(wèi)星采用國(guó)際首創(chuàng)的雙超新技術(shù)衛(wèi)星平臺(tái)，實(shí)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(tái)提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。國(guó)際上首次提出了天文光譜測(cè)速導(dǎo)航新方法和新技術(shù)，通過(guò)太陽(yáng)光譜的研究和利用實(shí)現(xiàn)每秒1米量級(jí)的飛行器高精度速度測(cè)量。這兩項(xiàng)技術(shù)都具有國(guó)際先進(jìn)水平。

　　三是組織國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位大力協(xié)同，攻堅(jiān)克難。“羲和號(hào)”于2019年6月正式立項(xiàng)，研制周期短，技術(shù)難度大，國(guó)家航天局組織中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)航天科技集團(tuán)、南京大學(xué)等優(yōu)勢(shì)單位，充分發(fā)揮政府機(jī)構(gòu)、科研院所、高等院校、工程研制單位作用，克服了研究時(shí)間短、經(jīng)費(fèi)少、研制難度大的不利因素，團(tuán)結(jié)合作、群策全力，高效高質(zhì)完成了研制發(fā)射任務(wù)。

　　本次發(fā)射采用長(zhǎng)征二號(hào)丁一箭十一星“拼車”發(fā)射方式，除將“羲和號(hào)”主星成功發(fā)射外，還將亞太空間合作組織2顆大學(xué)生小衛(wèi)星、和德宇航公司2顆衛(wèi)星、低軌導(dǎo)航增強(qiáng)試驗(yàn)衛(wèi)星、軌道大氣密度探測(cè)衛(wèi)星、氣象星座試驗(yàn)衛(wèi)星、空間交通試驗(yàn)衛(wèi)星等10顆搭載小衛(wèi)星發(fā)射入軌。

　　（本報(bào)記者 崔興毅） 【編輯:劉星辰】