航天日將至 看這些中國“星”閃耀太空
◎本報記者 張 曄
52年前，中國第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅一號發(fā)射成功，拉開了中國人探索宇宙奧秘、和平利用太空、造福人類的序幕。為了紀(jì)念這一壯舉，我國將“中國航天日”定在了每年的4月24日。中國航天日從它誕生那一刻起就與衛(wèi)星結(jié)下了不解之緣。
7年前，中國科學(xué)院第一顆空間科學(xué)衛(wèi)星系列首發(fā)星——暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”號發(fā)射升空，標(biāo)志著我國空間科學(xué)進(jìn)入全面探索階段。隨后，“慧眼”“羲和號”“張衡一號”等多顆科學(xué)衛(wèi)星陸續(xù)發(fā)射升空。
在第七個“中國航天日”即將到來之際，讓我們不忘初心，一起來看看現(xiàn)在天空中閃耀著的那些科學(xué)之“星”。
空間地球科學(xué)衛(wèi)星
換個角度觀察人與自然
它們是人類活動的“偵察員”，通過“火眼金睛”觀察人與自然如何交互作用；它們還是未來可持續(xù)發(fā)展的“吹哨人”，監(jiān)控人類不文明行為。它們就是空間地球科學(xué)衛(wèi)星，換個角度看地球，是它們的看家本領(lǐng)。
“張衡一號”
2018年2月2日，電磁監(jiān)測試驗(yàn)衛(wèi)星“張衡一號”發(fā)射升空?？臻g電磁擾動與地震發(fā)生具有明顯的相關(guān)性，因此構(gòu)建空間電磁監(jiān)測體系對探索地震預(yù)測新方法有著重要意義?！皬埡庖惶枴毖b載有高精度磁強(qiáng)計、感應(yīng)式磁力儀載荷，通過獲取全球電磁場、電離層等離子體、高能粒子觀測數(shù)據(jù)，對中國及周邊區(qū)域開展電離層動態(tài)實(shí)時監(jiān)測和地震前兆跟蹤?！皬埡庖惶枴痹趪鴥?nèi)首次實(shí)現(xiàn)高精度電離層電子、離子原位探測，首次在電離層對Pc1地磁脈動(指頻率在0.2—5赫茲的低頻波動)實(shí)現(xiàn)南北共軛觀測，并獲取了中國首批完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全球地磁場等觀測數(shù)據(jù)。
碳衛(wèi)星
2016年12月22日，全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(碳衛(wèi)星)發(fā)射升空。它攜帶高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀、多譜段云與氣溶膠探測儀等探測設(shè)備，可以真實(shí)、客觀地反映全球大氣二氧化碳含量的實(shí)時變化情況，使碳源匯的定量計算與監(jiān)測有了依據(jù)。依靠碳衛(wèi)星，我國科學(xué)家獲得了首幅全球二氧化碳分布圖，以及獲取了中國碳衛(wèi)星首個全球碳通量數(shù)據(jù)集；中國科學(xué)院大氣物理研究所獲得陸地生態(tài)系統(tǒng)日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)產(chǎn)品。
“可持續(xù)發(fā)展科學(xué)衛(wèi)星1號”
2021年11月5日，“可持續(xù)發(fā)展科學(xué)衛(wèi)星1號”(SDGSAT-1)發(fā)射升空，它是全球首顆專門服務(wù)聯(lián)合國2030年可持續(xù)發(fā)展議程的科學(xué)衛(wèi)星，數(shù)據(jù)產(chǎn)品面向全球共享。其搭載了熱紅外、微光和多譜段成像儀3個有效載荷，將實(shí)現(xiàn)“人類活動痕跡”的精細(xì)刻畫：熱紅外成像儀可精細(xì)探測陸地表面與水表溫度、農(nóng)田精細(xì)水熱動態(tài)變化、城市熱能分布等；微光成像儀通過探測夜間燈光的強(qiáng)度和分布，具有反映社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人居格局的能力；多譜段成像儀可對水質(zhì)、近海生態(tài)環(huán)境、濱海養(yǎng)殖和水生植物分布，以及冰川、積雪、植被覆蓋等進(jìn)行監(jiān)測和分析。2021年底，該星首批11幅影像正式發(fā)布，包括我國長三角、山東半島、西藏納木錯、新疆阿克蘇、北京、上海及法國巴黎等多個地區(qū)和城市的微光、多譜段與熱紅外成像儀影像。
空間天文衛(wèi)星
拓展人類對宇宙的認(rèn)知
尋找暗物質(zhì)存在的證據(jù)、觀測黑洞爆發(fā)、研究太陽“一磁兩暴”……近年來，我國陸續(xù)研制并發(fā)射了數(shù)顆空間天文衛(wèi)星，不斷拓展認(rèn)知宇宙的新邊界，開啟空間科學(xué)探索的新征程。
“悟空”號
2015年12月17日，“悟空”號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星是迄今為止觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的高能伽馬射線、電子宇宙射線空間探測器?！拔蚩铡奔缲?fù)著尋找暗物質(zhì)存在證據(jù)的使命，它平均每秒就能捕捉60個高能粒子，可以對量級在10億電子伏特到數(shù)十萬億電子伏特之間的電子、伽馬射線等宇宙線粒子進(jìn)行測量。目前，“悟空”號已先后取得精確測量電子能譜、繪制高能質(zhì)子宇宙線能譜、繪出迄今最精確的高能氦核宇宙線能譜并觀測到能譜新結(jié)構(gòu)等重大科學(xué)成果，其探測的首批伽馬光子科學(xué)數(shù)據(jù)也已向全球公開。
“慧眼”衛(wèi)星
2017年6月15日，“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星發(fā)射升空。它裝載著高能、中能、低能X射線望遠(yuǎn)鏡和空間環(huán)境監(jiān)測器等4個有效載荷?！盎垩邸毙l(wèi)星升空后，陸續(xù)取得一系列重大科學(xué)成果，包括觀測到雙中子星并合引力波事件、黑洞雙星爆發(fā)過程的全景、第24太陽活動周最大耀斑的高能輻射過程，以及直接測量到宇宙最強(qiáng)磁場、高精度實(shí)現(xiàn)了脈沖星導(dǎo)航的在軌驗(yàn)證、發(fā)現(xiàn)距離黑洞最近的相對論噴流、發(fā)現(xiàn)逃離黑洞的高速等離子體、發(fā)現(xiàn)并證認(rèn)了首例和快速射電暴同時發(fā)生并且來自于磁星(磁場極強(qiáng)的中子星)的X射線暴等。
“羲和號”
2021年10月14日，我國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號”成功發(fā)射，標(biāo)志著我國正式邁入空間探日時代?！棒撕吞枴笔状尾捎谩皠屿o隔離非接觸”總體設(shè)計新方法，首次提出“載荷艙主動控制、平臺艙從動控制”方法，將首次實(shí)現(xiàn)全日面Hα波段光譜成像觀測，可獲得太陽爆發(fā)時的大氣溫度、速度等物理量的變化記錄，有助于研究太陽爆發(fā)的動力學(xué)過程和物理機(jī)制。
空間基礎(chǔ)物理衛(wèi)星
把實(shí)驗(yàn)室搬上茫茫太空
構(gòu)建星地量子通信網(wǎng)、探測空間引力波、開展微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)……隨著科學(xué)的進(jìn)步，人類開始研究發(fā)生在日地空間、行星際空間以及整個宇宙空間的物理、化學(xué)，乃至生命等的現(xiàn)象及規(guī)律，在這方面，空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星有著無法替代的地位和作用。
“墨子”號
2016年8月16日，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子”號發(fā)射升空。它突破了一系列高精尖技術(shù)，包括星地光路對準(zhǔn)、偏振態(tài)保持與星地基矢校正、量子光源載荷等，順利完成了量子糾纏分發(fā)、量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)三大科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，“墨子”號又完成了與“京滬干線”的對接，實(shí)現(xiàn)了洲際量子保密通信。目前，依托“墨子”號，我國科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了跨越4600公里的星地量子密鑰分發(fā)，還構(gòu)建了全球首個星地量子通信網(wǎng)絡(luò)，覆蓋我國4省3市32個節(jié)點(diǎn)，包括北京、濟(jì)南、合肥和上海4個量子城域網(wǎng)，目前已接入150多家用戶。此外，“墨子”號還對量子力學(xué)與引力的融合等物理學(xué)基本問題檢驗(yàn)提供了新的平臺。
“太極一號”
2019年8月底，微重力技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“太極一號”成功發(fā)射。“太極一號”搭載的激光干涉儀位移測量精度達(dá)到百皮米量級(約為一個原子直徑)，引力參考傳感器測量精度達(dá)到地球重力加速度的百億分之一量級，微推進(jìn)器推力分辨率達(dá)到亞微牛量級。目前，“太極一號”已圓滿完成全部預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了我國迄今為止最高精度的空間激光干涉測量，完成了國際首次微牛量級射頻離子和霍爾兩種類型電微推技術(shù)的全部性能驗(yàn)證，并率先實(shí)現(xiàn)了我國兩種無拖曳控制技術(shù)的突破。
“天琴一號”
2019年12月20日，“天琴一號”成功發(fā)射升空。該星將對高精度空間慣性傳感器、激光干涉儀等設(shè)備，以及無拖曳控制技術(shù)、微牛頓量級推進(jìn)等核心技術(shù)開展在軌驗(yàn)證。第一輪實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，“天琴一號”所有技術(shù)指標(biāo)均超出任務(wù)預(yù)期目標(biāo)。近期，“天琴一號”衛(wèi)星獲得了全球重力場數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可服務(wù)于大地測量、地球物理、油氣資源勘探等領(lǐng)域，有助于應(yīng)對全球氣候變化、防災(zāi)減災(zāi)。
“懷柔一號”
2020年12月10日，引力波暴高能電磁對應(yīng)體全天監(jiān)測器衛(wèi)星(“懷柔一號”)發(fā)射成功。首發(fā)的2顆小衛(wèi)星分布于地球兩側(cè)，采用共軛軌道的星座布局，將對引力波伽馬暴、快速射電暴高能輻射，特殊伽馬暴和磁星爆發(fā)等高能天體爆發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行全天監(jiān)測，旨在破解黑洞、中子星等致密天體的形成和演化，以及雙致密星并合之謎。此外，“懷柔一號”還將探測太陽耀斑、地球伽馬閃和地球電子束等日地空間高能輻射現(xiàn)象，為進(jìn)一步研究其物理機(jī)制提供科學(xué)觀測數(shù)據(jù)。2021年1月20日，“懷柔一號”衛(wèi)星團(tuán)隊首次在國際伽馬暴協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布天體爆發(fā)事件GRB 210119A的觀測通告，標(biāo)志著該衛(wèi)星開始向國際天文界提供及時的觀測結(jié)果。