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據(jù)新華社9日消息，10月9日7時43分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丁運載火箭，成功將先進天基太陽天文臺衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。這顆衛(wèi)星主要用于太陽耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射與太陽磁場之間的因果關(guān)系等研究，并為空間天氣預(yù)報提供數(shù)據(jù)支持。這次任務(wù)是長征系列運載火箭的第442次飛行。中國為什么要研制綜合性太陽探測衛(wèi)星？“夸父一號”科學(xué)目標有哪些？如何實施“逐日”探測？“夸父一號”衛(wèi)星首席科學(xué)家、衛(wèi)星系統(tǒng)和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師等對這些問題進行科普解讀。

我國成功發(fā)射先進天基太陽天文臺衛(wèi)星

據(jù)央視新聞9日報道，北京時間2022年10月9日7時43分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丁運載火箭，成功將先進天基太陽天文臺衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。

先進天基太陽天文臺是由中國太陽物理學(xué)家自主提出的綜合性太陽探測專用衛(wèi)星，是中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項繼“悟空”“墨子號”“慧眼”“實踐十號”“太極一號”“懷柔一號”之后，研制發(fā)射的又一顆空間科學(xué)衛(wèi)星，實現(xiàn)了我國天基太陽探測衛(wèi)星跨越式突破。

10月9日7時43分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丁運載火箭，成功將先進天基太陽天文臺衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。圖片來源：新華社

太陽活動具有周期性，每11年一個周期，2024-2025年將迎來下一個太陽活動高峰。先進天基太陽天文臺將利用太陽活動第25周峰年的契機，以“一磁兩暴”為科學(xué)目標開展觀測。“一磁”即太陽磁場，“兩暴”即太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象——太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射。該衛(wèi)星將研究“一磁兩暴”的形成、演化、相互作用、彼此關(guān)聯(lián)等，為影響人類航天、通訊、導(dǎo)航等高科技活動的空間災(zāi)害性天氣預(yù)報提供支持。

先進天基太陽天文臺搭載了全日面矢量磁象儀、萊曼阿爾法太陽望遠鏡和太陽硬X射線成像儀三臺有效載荷。三臺載荷相互配合，可以實現(xiàn)在一顆近地衛(wèi)星平臺上對太陽磁場、太陽耀斑非熱輻射、日冕物質(zhì)拋射日面形成和近日面?zhèn)鞑サ耐瑫r觀測。借助萊曼阿爾法太陽望遠鏡，科學(xué)家將首次在萊曼阿爾法波段實現(xiàn)全日面和近日冕的同時觀測。該衛(wèi)星設(shè)計壽命4年，運行在距離地面約720千米的太陽同步晨昏軌道。

據(jù)該衛(wèi)星首席科學(xué)家甘為群介紹，在衛(wèi)星發(fā)射以后，他們計劃開展一系列的國際合作。例如，開設(shè)一個國際培訓(xùn)，告訴國際同行怎么樣下載數(shù)據(jù)、使用衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，以及怎么樣使用相關(guān)的軟件。在軌測試結(jié)束以后，衛(wèi)星所有的數(shù)據(jù)，包括軟件將及時對國際同行開放，共同實現(xiàn)衛(wèi)星的科學(xué)目標。

另據(jù)介紹，在2022年7月，衛(wèi)星工程部門就向全國征名，共搜集到25000多份提名，其中三分之一都建議命名為“夸父”，最后選擇使用“夸父一號”作為衛(wèi)星的名稱，反映了中國人對“夸父逐日”神話的喜愛，對太陽神秘的追求。專家也希望中國的探日計劃能夠以“夸父”形成系列。

專家解讀“夸父一號”衛(wèi)星

據(jù)中國新聞網(wǎng)9日報道，“夸父一號”衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院紫金山天文臺甘為群研究員介紹說，中國空間太陽探測的嘗試最早在20世紀70年代中期，1976年曾提出主要觀測太陽的“天文一號”衛(wèi)星；在2001年發(fā)射神舟二號飛船上搭載的空間天文(主要觀測太陽)分系統(tǒng)取得成功；期間還提出“空間太陽望遠鏡計劃”；2004年提出中法合作“太陽爆發(fā)探測小衛(wèi)星計劃”，以及日地三星計劃；2011年中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(一期)正式啟動，先進天基太陽天文臺剛好是為響應(yīng)專項而提出的衛(wèi)星計劃。現(xiàn)在回顧起來，中國之前雖有一系列太陽探測衛(wèi)星計劃的提出和嘗試，但均未走到最后，太陽探測專門衛(wèi)星基本為零，先進天基太陽天文臺衛(wèi)星計劃填補了這一空白。

這顆衛(wèi)星計劃提出來的時候，國際上已有70多顆太陽探測專用衛(wèi)星或相關(guān)衛(wèi)星，中國在太陽物理地面設(shè)施和包括發(fā)表學(xué)術(shù)論文的研究方面已位居世界前列，為什么還要自主研制太陽探測專門衛(wèi)星？甘為群指出，中國科學(xué)家發(fā)表研究論文所用的絕大部分觀測數(shù)據(jù)，都是來自國際上太陽衛(wèi)星共享的資料、軟件、數(shù)據(jù)。“作為一個科研工作者，作為中國的太陽物理學(xué)家，你覺得你是世界領(lǐng)先的嗎？正是在這樣的背景下，我們一定要發(fā)射自己的(太陽探測)科學(xué)衛(wèi)星”。從這個角度來講，提出研制發(fā)射“夸父一號”衛(wèi)星計劃，就是強調(diào)中國要在國際上對太陽物理研究數(shù)據(jù)源頭作出重要貢獻。

△先進天基太陽天文臺衛(wèi)星效果圖

他說，先進天基太陽天文臺先后經(jīng)歷預(yù)先研究、背景型號、綜合立項論證等程序，于2017年底獲得工程立項批復(fù)，又經(jīng)過5年的工程研制，突破諸多關(guān)鍵技術(shù)并克服疫情等重重困難，現(xiàn)在終于成功發(fā)射升空，“所以我們把先進天基太陽天文臺(即“夸父一號”衛(wèi)星)，定義為開啟了中國綜合性太陽觀測的新時代”。作為中國的綜合性太陽探測專用衛(wèi)星，“夸父一號”將實現(xiàn)中國太陽衛(wèi)星探測跨越式突破。

甘為群表示，“夸父一號”衛(wèi)星的科學(xué)目標可概括為“一磁兩暴”，“一磁”就是太陽磁場，“兩暴”就是太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象——耀斑和日冕物質(zhì)拋射。太陽物理學(xué)家就是要研究這三者之間的關(guān)系，即磁場與耀斑、磁場與日冕物質(zhì)拋射、日冕物質(zhì)拋射與耀斑的關(guān)系，研究它們的形成、演化、相互作用和可能存在的因果關(guān)聯(lián)，同時為空間天氣預(yù)警提供支持。

為實現(xiàn)“一磁兩暴”的科學(xué)目標，“夸父一號”衛(wèi)星上搭載有全日面矢量磁像儀(FMG)、萊曼阿爾法太陽望遠鏡(LST)和硬X射線成像儀(HXI)3個各具特色的有效載荷，分別觀測太陽磁場、日冕物質(zhì)拋射和太陽耀斑。

“夸父一號”衛(wèi)星有哪些創(chuàng)新？甘為群總結(jié)為“三個首次”：一是國際上首次以“一磁兩暴”作為衛(wèi)星的科學(xué)目標并且配置相應(yīng)的載荷組合；二是國際上首次在一顆近地衛(wèi)星平臺上，對全日面矢量磁場、太陽耀斑非熱輻射成像、日冕物質(zhì)拋射的日面形成和近日面?zhèn)鞑ネ瑫r進行觀測；三是國際上首次在萊曼阿爾法譜線波段實現(xiàn)全日面和近日冕無縫同時成像觀測。

“夸父一號”衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院諸成研究員指出，該衛(wèi)星要高精度觀測太陽，3臺有效載荷在國內(nèi)均為首次上天，可借鑒的經(jīng)驗少，新技術(shù)、新部件、新材料多，而且要實現(xiàn)的任務(wù)比較多、比較復(fù)雜，衛(wèi)星研制通過突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，主要解決了三方面難點：

第一，星載7臺光學(xué)設(shè)備，同時精確指向太陽，確保每臺光學(xué)設(shè)備對太陽完整成像，所以各光學(xué)設(shè)備光軸之間的一致性要求非常高，這就需要高精度裝配達到這些光軸的一致。第二，衛(wèi)星要經(jīng)歷發(fā)射過程的力學(xué)振動和沖擊環(huán)境、太空中冷熱交替變化環(huán)境、超高真空環(huán)境，要保持星上各光學(xué)設(shè)備光軸之間變化極小，確保衛(wèi)星壽命期內(nèi)各光學(xué)設(shè)備觀測對象完整性。第三，采用對星上活動部件振動降低技術(shù)和穩(wěn)像技術(shù)，實現(xiàn)光學(xué)防抖，獲取清晰的觀測圖像。

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