2022年8月30日，我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”探日成果在北京正式发布，该卫星由中国航天科技集团八院抓总研制。本次发布成果以新型卫星技术、太阳科学探测为主，创下五个国际“首次”，对后续开展太阳空间探测任务及提升我国在空间科学领域国际影响力等具有重要意义。自2021年10月14日成功发射以来，“羲和号”按照既定任务计划开展科学观测，累计下传原始观测数据50Tbit，生成科学数据约300Tbit，这些数据已向全球开放共享，得到了美、法、德等国太阳物理研究学者的广泛应用。
(资料图片)
卫星“磁悬浮”，让拍照又精又稳
太阳光耀夺目，就像一个天然的物理“实验室”。然而，要在1.5亿公里远的地球附近对太阳“明察秋毫”，就对相机的指向精度和稳定度提出了更高的要求。“羲和号”大胆创新，在国际首次采用基于“动静隔离、主从协同”理念的非接触式磁浮卫星平台，就像给相机装上了高精尖的“云台”，让相机对得准，拍得稳。
传统卫星均采用平台舱和载荷舱固连的设计方法，平台舱飞轮、陀螺等活动部件的振动将不可避免地传递至载荷舱，造成相机观测质量的下降。“羲和号”采用“动静隔离非接触”总体设计新方法，将平台舱与载荷舱物理隔离，有效隔绝了卫星平台的干扰，通过大带宽、超高精度磁浮作动器，实现了相机指向精度10-4°量级、稳定度10-5°/s量级的“双超”指标，较传统卫星提升一至两个数量级，达到了国际先进水平。
同时，为了实现平台舱对载荷舱的能源供给以及两舱之间的信息传输，“羲和号”还在轨验证了舱间无线能源传输、舱间激光通信等多项卫星平台新技术。未来，“双超”平台还将应用于空间天文探测、高分辨率对地详查等新一代航天任务中，成为高精度观测的利器。
Hα光谱扫描
国际首次给太阳大气做“CT”
对于太阳物理研究而言，Hα谱线十分重要，因为它是太阳活动在太阳低层大气中响应最强的谱线。对这条谱线开展探测，就可以同时获得光球层和色球层的活动信息，大大提高我们对太阳爆发物理机制的认知。
“羲和号”利用Hα成像光谱仪进行光谱扫描成像，光谱分辨率达到了0.0024纳米，比地面滤光器的分辨率提高了约10倍，达到了国际先进水平。每张光谱扫描图像实际上都包含了300多张照片，分别对应了光球层和色球层不同高度处的太阳图像，因此相当于给太阳低层大气做了一次“CT”扫描。在每一张“CT”图上，又反映了日面上近1600万个点的信息。
值得注意的是，除了太阳Hα谱线，“羲和号”还同时获得了Si I谱线和Fe I谱线。尤其是Si I谱线，以往在地面观测时被地球大气的水分子谱线掩盖，“羲和号”在空间直接观测到了Si I完整的谱线轮廓，这是国际上的第一次。通过三条谱线的研究，结合“羲和号”获得的全日面色球和光球的多普勒速度图，可以反演计算出太阳大气的温度、密度，从而帮助我们深入研究太阳的大气结构，了解太阳爆发活动的触发原因和传播过程，更好地开展空间天气预报，保障人类生命安全。
原子鉴频，空间测速全新解决方案
卫星在茫茫太空中飞行，如何准确获取自身的位置和速度是首先要解决的问题。与近地空间任务相比，月球以远的深空探测任务由于没有导航卫星的辅助，只能依靠传统的无线电测距、测速导航方法。然而无线电导航会随着卫星飞行距离的增加而大幅下降，难以及时准确地确定卫星在太空中的位置和速度。
卫星在太空中运动时，太阳发出的光到达卫星时将产生频率变化，也就是通常说的多普勒频移，频移的大小与卫星相对太阳的视向速度成正比。因此，如果能测出太阳光的频率变化，也就能知道卫星相对太阳的视向速度。“羲和号”搭载的原子鉴频太阳测速导航仪，国际首次在轨采用原子鉴频原理，利用钠原子自身的超精细光谱作为频率标准，可以实时准确地确定太阳光的频率变化，进而获取卫星相对太阳的视向速度。经过在轨实测，导航仪的速度测量精度优于2 m/s，为未来深空探测任务中的自主导航提供了一种新型的速度测量技术手段，夯实我国在深空探测领域的原创性技术积累，促进原子鉴频及相关技术在航天领域的应用。
“效法羲和驭天马，志在长空牧群星”。“羲和号”卫星平台和科学成果的持续产出，对我国空间科学领域的创新发展具有显著推动作用。未来，相关科学与工程部门已联合提出了日地L5点太阳探测、太阳极轨探测、太阳抵近探测等一系列任务规划，将对太阳进行全方位立体探测，进一步深入认识太阳活动的起源和演化、监测太阳爆发的行星际传播和对地响应，为推动人类科学文明的发展贡献力量。
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