中國科研團(tuán)隊(duì)提出大膽設(shè)想——全方位立體探測太陽

“如果能夠盡快立項(xiàng)，我國的太陽立體探測系統(tǒng)真正建成可能要到2035年。”在幾天前的香山科學(xué)會(huì)議上，中國科學(xué)院院士、嫦娥五號(hào)探測器總設(shè)計(jì)師、中國空間技術(shù)研究院研究員楊孟飛提出一個(gè)大膽設(shè)想——立體探測太陽！

如果想對(duì)太陽進(jìn)行全方位探測，還需要部署立體探測體系。“在空間探測太陽方面，中國還沒有成體系的項(xiàng)目立項(xiàng)。”楊孟飛說，但正是由于起步較晚，更應(yīng)該勇于迎接挑戰(zhàn)，抓住后發(fā)優(yōu)勢帶來的機(jī)遇。

全方位立體探測太陽，亙古未有！

人類發(fā)射空間探測器探測太陽已有60多年，隨著航天技術(shù)和載荷的發(fā)展，各國的太陽探測已經(jīng)從日地連線為主的探測升級(jí)為太陽抵近或雙視角等多種探測方式。通俗點(diǎn)理解就好比逐步實(shí)現(xiàn)了給太陽“拍”近景、用雙鏡頭“拍”太陽等目標(biāo)。

但要實(shí)施對(duì)太陽的全方位立體探測，迄今未有。

何為立體？根據(jù)立體探測系統(tǒng)方案，我國將在黃道面和極軌的5個(gè)點(diǎn)上分別部署探測器，對(duì)太陽實(shí)現(xiàn)“環(huán)抱”觀測。尤其是極區(qū)探測器，需要5年的時(shí)間才能飛行到位。啥概念？就是在地球和月亮之間跑上180多個(gè)來回。這給航天器控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娑紟順O大的挑戰(zhàn)。

既然這么難，為什么非要進(jìn)行立體探測？楊孟飛告訴科技日?qǐng)?bào)記者，要引領(lǐng)人類刷新對(duì)太陽的新認(rèn)識(shí)、做出重大的原始創(chuàng)新成果、在國際上產(chǎn)生影響力，就要有一個(gè)全新的探測方式。中國有自己的體制機(jī)制優(yōu)勢，能夠凝心聚力辦大事。

中國已具備超遠(yuǎn)飛行的技術(shù)實(shí)力

深空的超遠(yuǎn)飛行是航天科技實(shí)力的巔峰：不僅要征服超遠(yuǎn)距離、復(fù)雜溫變環(huán)境、太陽風(fēng)暴……還要從容應(yīng)對(duì)數(shù)億公里漫長旅程中隨時(shí)出現(xiàn)的危機(jī)。

勇于攀登、敢于超越、搶占科技制高點(diǎn)，對(duì)太陽進(jìn)行立體探測是中國航天人以航天精神為指引，再一次憑借實(shí)力與底氣定下的新目標(biāo)。

根據(jù)設(shè)想，我國將在2035年前后，通過兩次發(fā)射任務(wù)(分別為一箭三星、一箭兩星)，構(gòu)建起環(huán)繞黃道面(地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面)、太陽極區(qū)的全方位立體探測體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽全球和日地空間的立體探測。在設(shè)想提出前，團(tuán)隊(duì)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)力、實(shí)現(xiàn)路徑、具體方案等進(jìn)行了充分的論證。

以一箭三星為例，通過分析對(duì)比運(yùn)載直接入軌、天體借力入軌的不同，目前確定了借助天體引力改變軌道方向和軌道能量的方案。飛行將分為3階段，運(yùn)載火箭完成第一段路程，后兩段路程通過借力飛行和深空機(jī)動(dòng)完成。

“通過探月工程和‘天問一號(hào)’的實(shí)施，我們有很好的技術(shù)基礎(chǔ)。”楊孟飛表示，中國科研人員已掌握了讓飛行器借力飛行的全新方法。

據(jù)介紹，5個(gè)飛行器需要飛行2年至5年不等的時(shí)間到達(dá)指定位置。現(xiàn)已掌握的全新技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大突破，大大縮減了此前方案的飛行時(shí)間。

楊孟飛透露，立體探測的每組探測器質(zhì)量大約為3500公斤，有效載荷約400—600公斤。利用多天體借力技術(shù)、高效推進(jìn)艙、電推進(jìn)技術(shù)等航天技術(shù)，中國有能力實(shí)現(xiàn)探測器的超遠(yuǎn)飛行和準(zhǔn)確入軌。預(yù)計(jì)發(fā)射后3年，太陽立體探測系統(tǒng)將具備太陽中低緯度區(qū)域全覆蓋、連續(xù)觀測能力，發(fā)射后5年具備太陽全方位立體探測能力。

立體探測勢在必行

從最早的先驅(qū)者號(hào)到比水星還靠近太陽的太陽軌道器，國際上已經(jīng)開展了多項(xiàng)對(duì)太陽的探測任務(wù)。中國曾開展太陽空間望遠(yuǎn)鏡的預(yù)先研究，也曾對(duì)“追日”的“夸父計(jì)劃”進(jìn)行過預(yù)研，其探測器設(shè)計(jì)軌道在距離地球百萬公里的位置。

當(dāng)前的形勢發(fā)生了新變化，國際任務(wù)已經(jīng)觸達(dá)新深度、帶來新認(rèn)知，例如帕克號(hào)太陽探測器，是有史以來最接近太陽的人造物體，并首次實(shí)現(xiàn)了距離日心約9.5個(gè)太陽半徑處的抵近探測。

與會(huì)專家認(rèn)為，我國開展立體探測勢在必行。

一方面，它將給太陽物理的研究和空間天氣預(yù)報(bào)提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。在研究了40多年太陽的中國科學(xué)院院士汪景琇看來，太陽物理仍然存在一系列重大前沿科學(xué)問題。

科學(xué)研究的原始創(chuàng)新不存在第二名。“要實(shí)現(xiàn)全面、準(zhǔn)確、及時(shí)、有效的空間天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)，對(duì)太陽立體探測亦提出了更加迫切的需求。”中國科學(xué)院院士王赤表示。因此，要開展太陽物理中前沿科學(xué)問題以及空間天氣預(yù)報(bào)的研究，中國必須構(gòu)建自己的立體探日系統(tǒng)。

另一方面，整個(gè)項(xiàng)目可帶動(dòng)外圍支撐技術(shù)和體系的發(fā)展。例如，我國的太陽探測儀器與國際先進(jìn)水平存在差距，數(shù)據(jù)處理方面也存在一些短板。倘若以目標(biāo)為導(dǎo)向、以任務(wù)為指引，15年至20年的努力將有望實(shí)現(xiàn)高性能有效載荷的突破，同時(shí)也可以多條腿走路，倒逼技術(shù)路線創(chuàng)新、數(shù)據(jù)處理方法創(chuàng)新等。

“太陽立體探測項(xiàng)目將是融合空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用的系統(tǒng)工程。”楊孟飛說，它的建立將促進(jìn)太陽物理科學(xué)研究、空間天氣預(yù)報(bào)應(yīng)用和航天技術(shù)等學(xué)科的交叉與融合；解決太陽物理前沿科學(xué)問題、提高太陽活動(dòng)和空間天氣預(yù)報(bào)能力；推動(dòng)我國太陽空間探測領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展。

本報(bào)記者 張佳星

標(biāo)簽： 中國 中國科 科研 團(tuán)隊(duì)