从“神舟”飞天、“嫦娥”奔月，到“天问”探火，中国人探索宇宙奥秘的脚步从未停止。2021年10月14日，我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”成功发射，我们在宇宙探索的进程中又向前迈进了一步。运行一年以来，“羲和号”取得了一系列重要科研成果。这些科研成果有望在将来的对地观测、空间科学探测等新一代航天任务中得到广泛应用。

文｜本刊记者 庄蕾

全球首次空间太阳Ha光谱成像探测

突破超高指向超高稳定性卫星平台技术

“羲和号”自成功发射以来便备受关注，作为我国首颗探日卫星，“羲和号”承担了哪些具体任务？高分专项总设计师兼副总指挥、国家航天局对地观测与数据中心主任赵坚告诉记者，“羲和号”的具体任务是实现太阳探测的科学目标和新型卫星平台功能性能在轨验证的工程目标。

赵坚具体介绍道，“羲和号”的科学目标是在国际上首次开展空间太阳Ha光谱成像探测，观测太阳耀斑和日冕物质抛射的光球及色球表现、太阳暗条演化规律以及获取全日面Ha波段多普勒速度分布，为建立太阳爆发能量传输模型提供有力支撑。“羲和号”的工程目的是在轨验证新型卫星平台超高指向精度、超高稳定度性能值，同时在轨开展舱间激光通信、无线能源传输等国产新技术、新产品飞行试验。

赵坚表示，国家航天局组织中国科学院、航天科技集团、南京大学等单位，充分发挥政府机构、科研院所、高等院校、工程研制单位作用，克服了研究时间短、经费少、研制难度大的不利因素，团结合作、群策全力，高质量完成了研制发射和在轨测试及试验任务。

为完成“探日”的任务，“羲和号”实现了哪些技术创新与突破？赵坚说，“羲和号”在轨验证了新型卫星平台功能和性能，突破了超高指向、超高稳定性卫星平台技术，大幅提升了我国空间观测技术水平。

赵坚称，随著我国航天产业的不断发展，对地观测、空间科学探测等各类航天任务对高性能卫星平台的需求越来越迫切，尤其亟需发展具有超高指向精度、超高稳定度指标的卫星平台。“羲和号”卫星平台从总体设计理念上打破卫星平台传统固连设计思想，采用非接触磁浮作动器实现载荷舱与平台舱的动静隔离，通过主从协同设计，实现载荷舱超精超稳及两舱协同控制，解决了传统卫星载荷与平台固连设计导致的微振动难测、难控的技术瓶颈问题。同时，“羲和号”卫星还在轨验证了无线能源传输、舱间无线通信、舱间激光通信、重复连接释放、舱间电缆脱落与收纳、原子鉴频太阳导航仪等多项新技术和新产品。“羲和号”高性能技术卫星平台在轨试验，是世界上首次将磁悬浮技术在航天器上进行工程应用。

“羲和号”的成功发射实现了我国空间太阳探测成果零的突破，标志著我国正式步入自主空间“探日”时代，开拓了我国太阳探测国际合作和交流的新局面。

赵坚指出，国际太阳探测发展变化很快，我国在太阳观测领域发表论文数量已居世界第二位，但是使用的数据均来自于国外卫星数据。该卫星发射成功后，打破了我国在此领域的被动局面，成立了卫星数据科学委员会，制定了数据政策，供国内外科学家研究、使用、共享卫星探测数据，力争产生更多的原创性科学成果，为人类科学事业作出中国贡献。

给太阳当摄影师，“羲和号”装备了哪些秘密武器？赵坚告诉记者，主要依靠“羲和号”卫星搭载的Ha成像光谱仪。太阳Ha谱线是光子与氢原子相互作用后电子能级跃迁产生的谱线之一，是太阳爆发时响应最强的色球谱线，能够直接反映爆发的源区特征。此前，Ha谱线只能在地球上进行探测，因受大气干扰，探测数据不连续不稳定，现在通过“羲和号”探测太阳Ha谱线，对其进行高分辨率成像，在46秒内获得全日面1,600万个点上的光谱，在300余个波长点上同时获得色球和光球的二维图像，可以更加准确地获得太阳爆发时大气温度、速度等物理量的变化，进而建立太阳爆发从光球到日冕的能量积累、释放、传输的完整物理模型，对研究太阳爆发的动力学过程及物理机制提供关键依据，对太阳底层大气和太阳爆发的观测具有重要意义。“羲和号”卫星在轨开展的相关试验，是国际上第一次在太空进行Ha谱线研究，目前已经获得了2项太阳探测国际科学成果，显著提高了我国在太阳物理领域的国际影响力。

据赵坚介绍，“羲和号”运行一年以来，国家航天局组织航天科技集团、南京大学等工程任务团队，开展卫星平台超高指向精度、超高稳定度技术试验300余次，太阳光谱成像1,000余次，圆满完成了“羲和号”在轨测试和试验工作，取得了重要科研成果，其中包含了5项国际首次成果：首次实现了对太阳Ha波段的光谱扫描成像，记录了太阳活动在光球层和色球层的响应过程，通过一次扫描，可获取376个波长位置的太阳图像，不同波长对应了光球和色球不同层次的太阳大气；首次在轨获取了太阳Ha谱线、SiⅠ和FeⅠ谱线，得到了完整的谱线轮廓；首次采用基于“动静隔离、主从协同”模式的非接触式磁浮卫星平台，试验结果显示，与传统卫星平台相比，“羲和号”卫星平台的指向精度、姿态稳定度均提高了1-2个数量级；首次实现了太阳空间Ha谱线成像仪在轨应用，光谱分辨率优于0.0024nm；首次实现了在轨高精度原子鉴频太阳测速导航仪在轨验证,测速精度优于2m/s。这些重要成果，将在我国对地观测、空间科学探测等后续航天任务中得到广泛应用，应用前景广阔。

开展空间太阳观测是国际太阳物理研究领域的

必然发展和选择

月球是地球的天然卫星，也是离地球最近的天体；火星是太阳系内人类未来最有可能移民的行星。通过探月工程和火星探测任务，我国对月球、火星地质和浅层结构进行了综合探测，在深空探测领域取得一些重大成果。

那么，我们为什么要开展太阳探测呢？赵坚解释道，太阳是地球人类文明和经济社会发展最重要的环境影响因素，是万物生长的源泉。太阳时时刻刻发生氢、氦核聚变，发光发热，为地球带来了光明与能量。太阳对地球演化和人类文明发展的作用是不可或缺的。同时，太阳对地球的影响也无所不在，主要体现在太阳爆发产生大量带电高能粒子，对地球电磁环境造成严重破坏，其中尤以太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射对地球电磁环境影响最为显著。强耀斑和日冕物质抛射等太阳活动干扰通信和导航、威胁航天员的健康，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。另外，通过对太阳的探测，人类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。

赵坚指出，太阳活动周期约11年，2021年至2022年是人类有纪录以来第25个太阳活动周期的开始，全世界又进入太阳研究新的高峰期。探测和研究太阳活动，提出应对措施，可以降低或规避对地球的不利影响。我国作为航天大国，及时开展太阳探测活动，十分必要，不能缺席。

据介绍，人类已建立了地面太阳监测网，如目前性能最强的丹尼尔太阳望远镜，我国也在云南抚仙湖、内蒙古明安图等地建立了地面太阳观测网，在太阳光谱、太阳磁场领域取得了一定的成果。但由于地球大气对紫外线、X射线、伽马射线等电磁波是不透明的，大气吸收无法在地面上观测；地面上的可见光波段也会受到地球大气吸收、扰动和阴雨天气等因素的影响，无法做到连续观测；低频射电波段由于电离层屏蔽，也无法在地面观测；探测行星际等离子体、磁场信息，必须到深空中去。“所以开展空间太阳观测是国际太阳物理研究领域的必然发展和选择。”赵坚说。

记者了解到，自上世纪60年代以来，随著航天技术的快速发展，全世界已发射了70多颗太阳观测卫星，主要集中在美国、俄罗斯、欧洲等发达国家，主要聚焦太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射的观测研究，大多数运行在地球轨道以及日地L1点的晕状轨道。

1990年10月由美国航天飞机送入太空的“尤利西斯”探测器，利用核反应堆提供能量，首次实现了太阳极轨探测。1995年12月美国发射的太阳与日球层天文台，搭载了日冕诊断谱仪、高能粒子分析仪、极紫外望远镜等载荷，运行于日地L1点的晕状轨道，对太阳进行连续观测。2006年10月美国发射的世界第一对孪生太阳观测卫星——日地关系观测台，运行于388天的太阳环绕轨道，对太阳黑子爆发时进行了三维成像，帮助科学家们研究太阳周边环境以及太阳活动对整个太阳系造成的影响，是人类首次实现从不同方位对太阳进行立体成像观测。2009年1月俄罗斯发射的“科罗纳斯”太阳探测卫星，探测了太阳内部结构及太阳活动对地球气候、大气层及生物圈的影响。2018年美国的“帕克”太阳探测器近距离对太阳结构进行了探测，对太阳风、日冕磁场、高能粒子进行观测。2020年2月欧空局发射的太阳轨道探测器，在距离近日点62个太阳半径(0.28天文单位)处和偏离黄道面33°倾角的轨道观测太阳及行星际空间环境。

“回顾60年来的空间太阳探测发展历程，可分为三个阶段。”赵坚向记者介绍道，第一阶段为上世纪六七十年代，主要特点是将太阳作为点目标，实现了太阳活动和爆发的低分辨率探测，重点关注耀斑辐射；第二阶段为上世纪八九十年代，主要特点是在提高观测时间分辨率的同时，开始关注对太阳的面目标成像，空间分辨率提高到几个角秒到十个角秒的水平，在内容上侧重对太阳爆发和活动周的研究；第三阶段从二十一世纪初开始至今，大幅度提高了观测分辨率（包括能量分辨率、时间分辨率、空间分辨率），既注重太阳局部高分辨成像，又注重全日面成像。当前，太阳空间探测正在向多波段、多视角、近距离、高时空分辨率的综合探测方向发展。

中长期太阳空间探测工程

香港可充分利用自身优势参与其中

未来，我国的探日工程还有哪些计划？赵坚表示，在“羲和号”取得巨大成功的基础上，为推动空间科学太阳探测的可持续、跨越式发展，遵循对太阳由单视角到多视角、由低纬到极区、由远及近的原则，研究形成了中长期我国太阳空间探测方案。

香港科学家曾参与探月工程一些装备的设计研发，在后续的探日工程中，香港同胞在哪些方面有参与的可能？赵坚指出，香港同胞对国家的航天事业给予了持续有力的支持，中国航天成就也同样凝聚著香港科技界的智慧和心血。比如，香港理工大学深度参与了我国探月和火星探测任务，参与方式包括使用先进的测量、遥感与地理信息技术，协助在月表及火星表面选取安全且具有科学价值的著陆地点，以及运用尖端的精密工程技术研制可耐受太空极端环境的仪器、完成在火星上拍照和月球上采集月壤样本等任务。

赵坚称，在将来的探日工程中，香港可充分利用雄厚的科技基础以及高素质科技人才优势，在太阳探测器平台、有效载荷研制以及探测数据研究等方面，与内地开展联合攻关，更加广泛、深入地参与到国家后续太阳探测任务中来，为探索宇宙奥秘、贡献中国智慧、增进人类福祉作出更大贡献。

近十年我国空间科学步入快速发展阶段

自古以来，中华民族就向往飞向太空，遨游宇宙，嫦娥奔月、羲和驭马的美丽神话，敦煌石窟的仕女飞天壁画，万户飞天的千古壮举，无不寄托著华夏子孙的飞天梦想。空间科学主要是利用航天器研究发生在日地空间、行星际空间及至整个宇宙空间的物理、天文、化学及生命等自然现象及其规律的科学。

赵坚告诉记者，党的十八大之前，我国空间科学探测计划较少，主要任务是在2005年至2006年间，中欧合作成功发射了地球空间双星探测计划，对地球磁层开展了探测研究。十八大之后，我国空间科学步入了快速发展阶段。习近平总书记在2016年首个“中国航天日”之际指出：探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。国家航天局作为我国民用航天管理及国际空间合作的政府机构，高度重视空间科学发展顶层规划，组织推动了一系列重点工程实施，引导了我国空间科学健康快速发展。

2016年，“实践十号”发射成功，在轨完成了28项微重力和生命科学实验，获取了一批国际先进水平的创新性科技成果。2017年，硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星——“慧眼”成功发射，对黑洞、中子星X射线双星进行了高精度、高频度定点观测，为科学家们提供黑洞、中子星和中子星双星的高灵敏度图像。2018年，“张衡一号”电磁星成功发射，对地球电磁场开展高精度测量，助力空间地球科学应用研究迈上新台阶；这一年中法海洋卫星也成功发射，首次实现了全球范围内海风和海浪的同步观测。2019年，“天琴一号”卫星成功发射，用于探测空间引力波技术研发。此外，中科院空间科学先导专项“墨子号”、“悟空号”等空间科学卫星，分别于2015年、2016年成功发射。

中国探月工程从2007年至2021年共成功发射了6次月球探测任务，嫦娥系列探测器对月球地质和月表浅层结构进行了综合探测，在月球岩浆活动定年、矿物学特征和化学元素分析等方面取得重大成果；中国火星探测计划“天问一号”2020年成功发射，2021年完成了火星绕、落、巡探测任务，对火星地表结构、土壤和岩石物质成分开展了探测分析，深化了火星地质演化认知。后续“澳科一号”科学卫星、中法联合研制的天文卫星也即将发射。

赵坚表示，中国政府高度重视空间科学、空间技术和空间应用的协同发展，已规划了空间科学“三步走”的发展目标：到2025年，中国空间科学研究进入世界先进行列；到2035年，中国空间科学取得突破性成就；到2045年，中国空间科学发展成为世界主要的科学中心。

“太阳探测作为空间科学发展的重要领域，中国目前已经实现了两个太阳探测计划。”赵坚介绍，除了“羲和号”，还有先进天基太阳天文台“夸父一号”计划，这是太阳探测的中国方案和中国贡献。“夸父一号”是中科院先导专项规划的一颗太阳综合观测卫星，以“一磁两暴”为科学目标，对太阳耀斑、日冕物质抛射和全日面矢量磁场开展观测，研究“一磁两暴”的起源、相互作用及彼此关联，为严重影响人类正常生活的空间灾害性天气预报提供支持，与“羲和号”一起形成我国“双星探日”新格局。

此外，我国正在论证后续太阳探测发展计划，科学家们希望按照在黄道面内多视角探测（首选地日L5点）、大倾角太阳极区探测和太阳抵近观测“三步走”进行实施，由易到难，逐步深入，进一步了解太阳的构造，确定太阳活动的三维结构，掌握机理和活动规律，预报空间天气，造福人类，趋利避害。

（本文发布于《紫荆》杂志2022年12月号）