羲和，繼續(xù)向太陽要答案
文章來源：中國航天科技集團(tuán)有限公司 發(fā)布時間：2023-02-24
日前，國家航天局對地觀測與數(shù)據(jù)中心在北京組織召開了“羲和號”衛(wèi)星在軌試驗總結(jié)評審會。
會議聽取了中國航天科技集團(tuán)有限公司八院作的“羲和號”衛(wèi)星在軌試驗總結(jié)報告以及南京大學(xué)作的科學(xué)數(shù)據(jù)及研究成果報告。經(jīng)研討，與會專家認(rèn)為，“羲和號”衛(wèi)星完成了全部在軌試驗項目，實現(xiàn)了雙超平臺試驗和科學(xué)載荷試驗的工程目標(biāo)，獲取的數(shù)據(jù)有力支撐了太陽Hα光譜科學(xué)研究，完成了搭載載荷原子鑒頻太陽導(dǎo)航儀在軌驗證，衛(wèi)星工程各項技術(shù)指標(biāo)均滿足工程研制建設(shè)總要求。
“羲和號”在517公里高的太空，24小時不間斷地默默凝視著太陽，想要向這顆被稱為地球生命之源的星球?qū)で蟾嗟拇鸢福鼘⒔邮蘸蜕傻脑紨?shù)據(jù)傳回地面，為人類太陽物理科學(xué)研究提供高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)。
每天報平安
家里的航天人“非常滿意”
2021年10月14日，太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星從中國太原升入太空，成為中國首顆探日衛(wèi)星，伴隨著逐日的美好愿想，被稱之為“羲和號”。
“羲和號”的具體任務(wù)是實現(xiàn)太陽探測的科學(xué)目標(biāo)以及新型衛(wèi)星平臺功能性能在軌驗證的工程目標(biāo)。
活動劇烈期的太陽會輻射出大量紫外線、x射線、粒子流和強(qiáng)射電波，引發(fā)地球上極光、磁暴和電離層擾動等現(xiàn)象，人們想要通過發(fā)射“探日衛(wèi)星”來盡可能降低太陽活動對地球日常生活的影響。
這年多以來，“羲和號”執(zhí)行經(jīng)理兼副總設(shè)計師陳昌亞每天都會收到一條“羲和號”在軌運行狀態(tài)的信息，就像是出了遠(yuǎn)門的孩子每天給家里報一聲平安，對于“羲和號”的表現(xiàn)，他的評價為“非常滿意”。
“羲和號”實現(xiàn)了國際首次在軌實現(xiàn)太陽Hα波段光譜掃描成像、國際首次在軌獲取太陽Hα譜線、SiⅠ譜線和FeⅠ譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
2022年10月2日，“羲和號”對太陽活動區(qū)的多層次觀測
Hα譜線是研究太陽活動在光球和色球響應(yīng)時最好的譜線之一，可以同時獲得光球?qū)雍蜕驅(qū)拥幕顒有畔ⅲ源藥椭祟惿钊胙芯刻柕拇髿饨Y(jié)構(gòu)，了解太陽爆發(fā)活動的觸發(fā)原因和傳播過程，更好地開展空間天氣預(yù)報。
承載著厚望的“羲和號”在飛行近500天后，實現(xiàn)了最初為它設(shè)定的三項科學(xué)目標(biāo)：觀測太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射的光球及色球表現(xiàn)、觀測太陽暗條形成和演化過程的色球表現(xiàn)以及獲取全日面Hα波段多普勒速度分布。
這些目標(biāo)的實現(xiàn)填補(bǔ)了太陽爆發(fā)源區(qū)高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)的空白，為建立太陽爆發(fā)能量從光球至日冕的完整動力學(xué)模型提供有力支撐，也為重大空間天氣事件的有效預(yù)報奠定理論基礎(chǔ)。
太陽“攝影師”
開磁懸浮技術(shù)應(yīng)用先河
作為中國首位太陽專屬“攝影師”，“羲和號”為什么能在復(fù)雜的空間環(huán)境中拍得“又穩(wěn)又準(zhǔn)”？
近年來，對地觀測、空間科學(xué)探測等各類航天任務(wù)對高性能衛(wèi)星平臺的需求越來越迫切，亟需一個具有超高指向精度、超高穩(wěn)定度指標(biāo)的衛(wèi)星平臺。
“羲和號”和它的觀測目標(biāo)太陽相距1.5億公里，為了讓觀測數(shù)據(jù)更加嚴(yán)謹(jǐn)，2012年，中國航天科技集團(tuán)八院首次提出了“雙超”衛(wèi)星平臺的概念，即不再按照傳統(tǒng)思維讓衛(wèi)星平臺與載荷固連，而是通過“動靜隔離、磁浮控制、主從協(xié)同”的設(shè)計理念研發(fā)出一套非接觸式磁浮衛(wèi)星平臺，以此增加“相機(jī)”的穩(wěn)定性和拍攝的準(zhǔn)確性。
這也明確了“羲和號”的工程目標(biāo)，即在軌驗證新型衛(wèi)星平臺超高指向精度、超高穩(wěn)定度性能值，在軌驗證高精度、大帶寬磁浮作動器、艙間無線能源傳輸、艙間高速激光數(shù)據(jù)傳輸、電磁式艙間重復(fù)連接釋放裝置以及雙超三環(huán)路磁浮控制算法等雙超平臺核心技術(shù)。
航天八院用10年的論證、攻關(guān)和地面驗證工作來實現(xiàn)這一設(shè)想。
2014年，航天八院完成了雙超平臺技術(shù)的地面原理驗證，同時啟動了相關(guān)產(chǎn)品工程化轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。4年后，所有工程關(guān)鍵技術(shù)均得已突破。2019年6月，太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星工程正式獲國家航天局批復(fù)立項，工程研制正式啟動。
2022年11月7日，“羲和號”按計劃完成了艙間電纜脫落，真正意義上實現(xiàn)了兩艙的“物理隔離”。在近3個月的時間內(nèi)，在軌完成了了60余次雙超試驗，控制指標(biāo)達(dá)到并超過了原定指標(biāo)要求，創(chuàng)造了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。
如今，“羲和號”載荷艙穩(wěn)態(tài)指向精度達(dá)到1x10??度，姿態(tài)穩(wěn)定度達(dá)到了3x10??度/秒，較傳統(tǒng)平臺提升了1至2個數(shù)量級。機(jī)動姿態(tài)穩(wěn)定度達(dá)到了3 x10??度/秒，較傳統(tǒng)平臺提升了2個數(shù)量級以上，達(dá)到國際先進(jìn)水平，真正做到了拍照“更穩(wěn)、更準(zhǔn)”。
2023年2月6日，“羲和號”觀測的超級暗條
雙超平臺采用磁懸浮技術(shù)，控制精度非常高，控制力精度達(dá)到10?? N，大約相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的重量，為了在地面進(jìn)行有效驗證，避免外界車流等環(huán)境對試驗結(jié)果的影響，研發(fā)人員只能在深夜至凌晨開展試驗。
在國家航天局、中國科學(xué)院、中國航天科技集團(tuán)、南京大學(xué)幾家單位協(xié)作下，“羲和號”高質(zhì)量完成了研制發(fā)射和在軌測試及試驗任務(wù)，實現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)和工程目的。
一天產(chǎn)生760GB數(shù)據(jù)
向全球免費開放
想要叩問宇宙奧秘，人類的力量需要聯(lián)合起來。
為了揭秘面紗，全球已經(jīng)成功發(fā)射過70多顆太陽觀測衛(wèi)星，聚焦于太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射的觀測研究。“羲和號”也已經(jīng)加入到Solar Orbiter、IRIS等國際衛(wèi)星的聯(lián)合探測體系。
在“羲和號”升空近一年時，“我國太陽探測衛(wèi)星科學(xué)數(shù)據(jù)全球共享”詞條登上微博熱搜。2022年8月30日，在“羲和號”成果發(fā)布會上，國家航天局宣布，“羲和號”的科學(xué)數(shù)據(jù)向全球開放共享。
經(jīng)過科學(xué)標(biāo)定后，“羲和號”每天產(chǎn)生可供直接研究的未壓縮1級科學(xué)數(shù)據(jù)約760GB。現(xiàn)在，南京大學(xué)太陽科學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站不斷更新著這些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)已經(jīng)被美國、法國、德國、日本、比利時、捷克、俄羅斯多個國家下載使用。
“‘羲和號’數(shù)據(jù)免費開放，將促進(jìn)全球太陽物理科學(xué)家一起研究。從國際空間科學(xué)數(shù)據(jù)分享受益國到成為數(shù)據(jù)分享國，正是我國從航天大國向航天強(qiáng)國邁進(jìn)的表現(xiàn)。”“羲和號”副主任設(shè)計師黃帆介紹。
“羲和號”目前既定的技術(shù)試驗和科學(xué)探測工作已經(jīng)完成，但后續(xù)仍將繼續(xù)利用在軌時間，持續(xù)積累科學(xué)數(shù)據(jù)，開展太陽物理科學(xué)研究與應(yīng)用。
同時，科學(xué)家也將根據(jù)技術(shù)需要，對雙超控制的算法進(jìn)一步優(yōu)化，嘗試開展拓展技術(shù)試驗，在不同工況下開展高精度控制試驗，將平臺的功能發(fā)揮到最大。
未來，雙超平臺技術(shù)將在高分辨率遙感、太陽立體探測、系外行星發(fā)現(xiàn)等新一代航天任務(wù)中得到推廣應(yīng)用，推動我國空間技術(shù)的跨越式發(fā)展。
“雙星探日”已經(jīng)成為我國探日工程的一大亮點。陳昌亞介紹，“羲和號”是通過對Hα光譜數(shù)據(jù)的分析，從光球?qū)拥缴驅(qū)樱@取太陽低層大氣的信息，而“夸父一號”以“一磁兩暴”為科學(xué)目標(biāo)，對太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射和全日面矢量磁場開展觀測，兩顆星功能互補(bǔ)，攜手探日，太陽監(jiān)測水平將更進(jìn)一步。
“羲和號”國際首次同時獲得高精度光球和色球多普勒速度場
從地球軌道向日地拉格朗日點，再向太陽極區(qū)、抵近太陽處迸發(fā)，我國正逐步開展對太陽的全方位、綜合性觀察。航天八院也將繼續(xù)推進(jìn)以L5太陽立體探測為代表的后續(xù)羲和系列任務(wù)的深化論證和工程落地。
【責(zé)任編輯：俞昭君】
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