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“夸父一号”发射任务取得圆满成功 实现了我国天基太阳探测卫星跨越式突破

中国科学报   2022-10-10 09:27:52

10月9日7时43分,我国在酒泉卫星发射中心采用长征二号丁型运载火箭,成功将先进天基太阳天文台“夸父一号”发射升空。卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

“夸父一号”全称“先进天基太阳天文台”(简称ASO-S),是由中国太阳物理学家自主提出的综合性太阳探测专用卫星,也是中国科学院空间科学先导专项继“悟空”“墨子号”“慧眼”“实践十号”“太极一号”“怀柔一号”之后,研制发射的又一颗空间科学卫星,实现了我国天基太阳探测卫星跨越式突破。

“夸父一号”是用来干什么的?它与去年发射的“羲和号”卫星有何区别?针对这些问题,《中国科学报》采访了“夸父一号”首席科学家、中科院紫金山天文台研究员甘为群,卫星系统总师、中科院微小卫星创新研究院研究员诸成,科学应用系统总师、中科院紫金山天文台研究员黎辉。

《中国科学报》:为何以“夸父一号”为卫星命名?

甘为群:将先进天基太阳天文台命名为“夸父一号”有两个方面的含义。

一方面,“夸父”是广为人知的中国神话人物,“夸父逐日”的故事表达了中国古代先民胸怀大志、探索自然、英勇顽强的精神,体现了中华民族千百年来试图揭开太阳神秘面纱的不懈求索。“夸父逐日”对仗“嫦娥奔月”,完美诠释了中国人热爱自然、探索自然的情怀与浪漫。另一方面,这个命名寓意着“夸父一号”将与未来中国太阳探测卫星一道,开启中国综合性太阳观测新时代。

《中国科学报》:“夸父一号”卫星是用来干什么的?

甘为群:这颗卫星的科学目标就是4个字,即“一磁两暴”。“磁”是磁场,“两暴”是太阳上两类最剧烈的爆发现象——耀斑、日冕物质抛射。

我们要研究这三者之间的关系,即磁场与耀斑的关系、磁场与日冕物质抛射的关系、日冕物质抛射与耀斑的关系,还要研究它们的形成、演化、相互作用和可能存在的因果关联,为空间天气预警提供支持。

“夸父一号”实现了3个“国际首次”——国际上首次以“一磁两暴”作为卫星的科学目标,并且配置相应的载荷组合;国际上首次在一颗近地卫星平台上,对全日面矢量磁场、太阳耀斑非热辐射成像、日冕物质抛射的日面形成和近日冕传播同时进行观测;国际上首次实现莱曼阿尔法波段从日面到近日冕同时观测。

《中国科学报》:最近太阳物理领域非常热,例如,美国宇航局发射了“帕克号”卫星,我国去年发射了“羲和号”卫星,今年又发射了“夸父一号”卫星。这些探日卫星的区别在哪里?

甘为群:“帕克号”卫星是美国主导的飞到太阳附近进行观测的卫星,其轨道是一个大的椭圆,最近的近日点可以达到10个太阳半径左右。这意味着它受到的太阳热非常强,不可能面对太阳进行观测,必须加上厚厚的防热罩,所以它只能探测到太阳附近粒子、磁场这些环境,不能直接看太阳。而“夸父一号”卫星是直接看太阳,用遥测遥感的手段观测太阳,对太阳进行成像。所以说它们是互补关系。“帕克号”当然是非常先进的,但二者的科学目标不一样。

我国去年10月发射的“羲和号”卫星全称为“太阳探测科学试验卫星”,于2019年6月立项,主要是从技术上验证一种超高指向精度、超高稳定度的“双超”卫星平台。“羲和号”上的望远镜不仅可以在地面工作,到太空后还有极大的优势,既可以连续对太阳进行观测,还能克服地球大气抖动等带来的一系列问题,在短时间内扫描全日面,并在扫描的波长范围里对每个光谱点进行成像。

“夸父一号”专门为观测太阳提出,2017年底立项,是完全以科学目标为牵引的空间科学卫星计划,所以“夸父一号”被称为“空间科学卫星”,在科学目标、观测对象、观测波段等方面与“羲和号”完全不同。

《中国科学报》:国际上太阳探测发展的整体情况如何?我国处于什么样的位置?

甘为群:2011年,中国科学院空间科学先导专项(一期)正式启动,我们提出了“夸父一号”卫星计划。当时,国际上已经有70多颗太阳探测专用卫星或相关领域卫星。作为太阳物理研究工作者,我们非常着急。

太阳物理在中国天文学研究中占据的体量超过1/10。2010年左右,中国在太阳物理领域发表论文的总量已经在国际上排名第二,但写论文所用的观测数据绝大部分来自国际上的太阳卫星。作为中国的太阳物理学家,能说自己是“世界领先”吗?正是在这样的背景下,我们下决心一定要发射自己的科学卫星。“夸父一号”就是要推动我国对国际太阳物理研究作出原创性的重大贡献。

“夸父一号”先后经历了预先研究、背景型号、综合立项论证等程序,最终在2017年底获得工程立项批复,又经过了5年的工程研制,克服重重困难,终于发射成功。

《中国科学报》:“夸父一号”卫星将如何实现科学目标?

甘为群:为实现“一磁两暴”的科学目标,“夸父一号”上配了3个有效载荷,即全日面矢量磁像仪、莱曼阿尔法太阳望远镜、硬X射线成像仪,分别观测太阳磁场、日冕物质抛射和太阳耀斑。每台仪器都有自己的特色。

诸成:全日面矢量磁像仪是我国第一台空间太阳磁场测量设备,可实现全日面光球矢量磁场的持续观测,与国际同类载荷相比具有更高的磁场测量灵敏度和时间分辨率。

莱曼阿尔法太阳望远镜是我国第一台空间莱曼阿尔法太阳望远镜,可以实现莱曼阿尔法波段从日面到近日冕同时观测,具有极高的杂散光抑制能力、自动监测太阳耀斑爆发能力,观测模式能在轨自主转换。

太阳硬X射线成像仪采用独特的傅里叶变换调制成像原理,对太阳耀斑活动中的30~200keV高能辐射进行全日面高分辨率成像和能谱探测,性能指标达到国际一流水平。

《中国科学报》:“夸父一号”卫星发射成功后还要做什么?

甘为群:卫星发射后要经历一段时间的在轨调试,之后会进入正常工作模式。3个载荷每天可以观测到的数据量大约为500GB,通过地面支撑系统和科学应用系统处理后向全球开放。

太阳活动有11年的周期,“夸父一号”的设计寿命不少于4年,可以基本覆盖太阳峰年的极大期。这对于进行科学研究、实现卫星科学目标是非常有利的。

《中国科学报》:“夸父一号”卫星在数据共享方面有什么计划?

黎辉:“夸父一号”的数据是完全开放的。数据正常生成后会及时对全世界太阳物理、空间环境、空间物理、空间天气等相关领域的科研工作者实时免费开放。这样的数据共享政策也是基于国际惯例。中国太阳物理学家一直以来都在享受国际开放的数据政策红利,我国综合性太阳观测卫星成功在轨运行之后,也会对世界作出回馈。(记者 倪思洁)

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