我國第一顆太陽探測綜合衛(wèi)星—ASO-S有望在2021年底前后射入軌道，以完整記錄太陽活動，觀測太陽的“一磁兩暴”。

據(jù)有關(guān)消息：連綿的雨，也讓地面觀測太陽的光學天文望遠鏡，只能關(guān)上天窗“休息”。有沒有辦法讓太陽天天見呢？為了能連續(xù)不斷地對太陽進行觀測，中國科學家正全力以赴推進太陽探測衛(wèi)星計劃。根據(jù)計劃，我國第一顆太陽探測綜合衛(wèi)星—ASO-S有望在2021年底前后射入軌道，以完整記錄太陽活動，觀測太陽的“一磁兩暴”。

△正在組裝的 ASO-S 太陽硬 X 射線成像儀工程樣機

ASO-S是什么，它有些什么秘密？近日，現(xiàn)代快報記者跟隨ASO-S衛(wèi)星首席科學家甘為群研究員，走進位于中國科學院紫金山天文臺的實驗室。

去太空，首次實現(xiàn)一星三“鏡”組合“飛天”

ASO-S（Advanced Space-based Solar Observatory）是先進天基太陽天文臺簡稱，是我國太陽物理界在2011年自主提出的太陽空間探測衛(wèi)星計劃，也是中國首顆太陽探測衛(wèi)星。

△ASO-S衛(wèi)星首席科學家甘為群研究員

甘為群介紹說，早在1976年，中國就嘗試制造第一顆太陽觀測衛(wèi)星，由于種種原因，直到整整44年后的今天，中國仍沒有自己的太陽“專屬”探測衛(wèi)星上天。“從上世紀六十年代以來，世界各國先后發(fā)射了70多顆太陽探測相關(guān)衛(wèi)星進入太空。中國的太陽物理研究位居世界第二，但用的都是‘別人家’的數(shù)據(jù)。”甘為群說，讓中國自己的太陽衛(wèi)星“飛天”迫在眉睫。

不過，讓太陽衛(wèi)星上天不是一件容易的事。“科學衛(wèi)星研制是一個大的系統(tǒng)工程，在我國剛剛起步，涉及人員眾多，需要相關(guān)各行業(yè)的科技工作者共同努力，除了衛(wèi)星上有效載荷研制，還需要運載系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、地面支撐系統(tǒng)、科學應用系統(tǒng)的配合，這些系統(tǒng)的高效運作顯然還需要一個強有力的指揮和協(xié)調(diào)系統(tǒng)”。

甘為群研究員告訴現(xiàn)代快報記者，2017年底，中國科學院批復ASO-S衛(wèi)星正式工程立項，經(jīng)過16個月努力，團隊攻克了項目中一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，2019年年中衛(wèi)星順利由方案設計階段轉(zhuǎn)至工程初樣階段，方案階段表現(xiàn)和初樣階段進展被評為2019 年度“中國天文十大科技進展”之一。

“太陽上的物理現(xiàn)象十分豐富，其中太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射是太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，對地球空間環(huán)境的破壞性最大?，F(xiàn)在一般認為，這兩種現(xiàn)象均是由太陽磁場引起的。”甘為群介紹說，ASO-S的科學目標，就是要觀測和研究太陽磁場、太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射三者之間的關(guān)系，簡稱“一磁兩暴”。

為實現(xiàn)這一目標，ASO-S上將搭載3個三臺望遠鏡：太陽全日面矢量磁像儀、萊曼阿爾法太陽望遠鏡和太陽硬X射線成像儀。它們將分別用來觀測太陽磁場、耀斑和日冕物質(zhì)拋射。

科技感十足，91對“小細眼”去觀測X射線

在紫金山天文臺實驗室，現(xiàn)代快報記者見到了太陽硬 X 射線成像儀的工程樣機，這臺樣機主要是用來驗證“望遠鏡”的基本工作原理及性能。

△ASO-S 太陽硬 X 射線成像儀工程樣機上的91對光柵寬窄不同

和光學望遠鏡不同，實驗臺上的太陽硬 X 射線成像儀主體部分是一個長達1米多的方形鈦合金框架，框架上有一個個的圓孔。這些圓孔都是用來接光柵的，上面一共有91對互相呼應的光柵，它們相當于是望遠鏡的鏡頭。“這個鏡頭設計的主要難點在光柵的制作和對應光柵之間的準直校調(diào)”。負責這臺儀器研制的張哲副研究員介紹，91對光柵寬窄不同，最窄的僅有18微米（1微米為1毫米的千分之一），裝配時必須要確保兩個光柵在一米多的距離上對準對齊，還不能受環(huán)境變化，否則就無法成像；此外，該儀器的光柵厚度有要求，制作難度大，每個光柵都是由數(shù)十層疊加而成，其中最窄的1對光柵光成本就在百萬人民幣量級。

△ASO-S 太陽硬X射線成像儀準直器（原理樣機）

記者了解到，每對光柵后端還將安裝量能器，相當于相機的感光元件，然后連接電控箱，將采集到的數(shù)據(jù)傳到星上計算機。為了確定X射線源的位置，框架后端還安裝了可見光相機，通過拍攝太陽來定位。

△ASO-S 太陽硬X射線成像儀量能器（工程樣機）

與地面儀器不同，衛(wèi)星升空過程中會帶來震動、加速度、溫度、真空等變化，所以該望遠鏡不僅采用的是鈦合金框架，而且裝有多個熱控貼點，通過熱控設計可以將望遠鏡的前后端溫差控制在1度以內(nèi)。該工程樣機還需要在中國科學院上海微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院的ASO-S衛(wèi)星系統(tǒng)經(jīng)過各類環(huán)境模擬測試，最終上天的儀器將完全按初樣件復制。

據(jù)悉，太陽硬 X 射線成像儀是衛(wèi)星上三臺儀器中尺寸最大的一臺，設計的衛(wèi)星總重近1噸，三臺望遠鏡總重為 300多公斤。按照目前進展情況，該衛(wèi)星可望按計劃在2021年底前后發(fā)射，衛(wèi)星設計壽命不少于4年。

不怕陰雨天，衛(wèi)星上看到的是“永不下山”的太陽

把望遠鏡送到太空去觀測不僅可以避免地球大氣層的影響，更主要地是拓展了觀測波段范圍，增加了觀測時間。ASO-S衛(wèi)星擬采用高度為720公里、周期約為90分鐘的太陽同步晨昏軌道。

甘為群研究員告訴記者，這樣的軌道設計可以保證幾乎不間斷的連續(xù)對太陽進行觀測，每年只有5月中旬到8月約2個半月的時間存在陰影，最長陰影時間約18分鐘。通俗的說，就是只有這兩個多月期間，衛(wèi)星每次繞地球一圈的90分鐘時間內(nèi)，會有幾分鐘（最長18分鐘）無法觀測太陽。

“我們這顆太陽探測衛(wèi)星發(fā)射成功后，預計每天將發(fā)送大約500GB的數(shù)據(jù)至中國科學院國家空間科學中心的ASO-S地面支撐系統(tǒng)，數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單處理后被傳送至紫金山天文臺的ASO-S科學應用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列的處理，及時地變成科學級數(shù)據(jù)，存儲在ASO-S數(shù)據(jù)庫，連同數(shù)據(jù)分析軟件，都會適時公布在ASO-S網(wǎng)站上，供國內(nèi)外用戶使用。前期我們已經(jīng)在國際上開展了宣傳，我們希望利用ASO-S數(shù)據(jù)開展太陽物理前沿研究的人越多越好”。甘為群研究員表示，ASO-S數(shù)據(jù)秉承共享理念，不設門檻，普通公眾也可以進入網(wǎng)站查看數(shù)據(jù)，同時還會基于ASO-S觀測設有專門的科普欄目。

太陽有暴脾氣？提前預報災害

在太陽系里，太陽是“內(nèi)心戲”很足的星球，會耍脾氣，會“打噴嚏”，爆發(fā)太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射等。

△太陽表面有日珥許軍攝

別看太陽只是打個“噴嚏”而已，卻會引發(fā)災害性空間天氣事件。在人類歷史的記載中，對地球造成影響最大的太陽耀斑事件是發(fā)生在1859年的卡林頓事件，使電報系統(tǒng)都著了火，整個地球包括赤道地區(qū)都看到了極光。這次事件如果發(fā)生在今天，將會重創(chuàng)各種現(xiàn)代化系統(tǒng)，大量的設施設備將會癱瘓或損壞，至少造成數(shù)萬億美元的損失，而恢復可能需要很長的時間。此外，太陽耀斑也會對地球軌道上的衛(wèi)星和空間站的宇航員形成巨大威脅，不過由于地球磁場的保護，地球上的生命并不會受到太陽耀斑的嚴重威脅，但會嚴重影響供水、供電、能源（輸油管道）、交通、通訊等基礎設施。