中国夸父计划进入技术攻关,将发射3颗测日卫星

    “在涂传诒院士的主持下，‘夸父计划’已经顺利完成了预研究阶段的任务，正在积极筹备转入下一阶段的技术攻关，之后会在技术攻关的基础上争取国家的工程立项。”
    
    这是近日北京大学地球与空间科学学院教授、“夸父计划”办公室主任、国际宇航科学院院士、中国空间科学学会前理事长肖佐向《科学时报》透露的消息。目前“夸父计划”已顺利完成背景研究的任务，争取在论证评审通过后，转入下一阶段的技术攻关。
    
    “嫦娥给了我们很大信心”
    
    2007年10月24日，中国绕月探测卫星嫦娥一号卫星成功发射，举国欢庆，也让国际社会对中国的深空探测能力惊叹不已。
    
    “嫦娥的成功发射标志着我国深空探测向前迈进了一大步，对我国进一步建议中的几项深空探测很有意义，当然也为‘夸父计划’再发射、测控等方面奠定了极好的基础。”作为“夸父计划”积极的推动者和参加者，肖佐对嫦娥一号成功发射感到由衷的高兴。
    
    与“嫦娥计划”不同的是，“夸父计划”是锁定太阳的深空探测计划，又称为“空间风暴、极光和空间天气”探测计划。该计划将由一颗位于日地系统第一拉格朗日点(也称L1点，即地球与太阳之间的引力平衡点)的卫星“夸父A”和两颗沿极轨共轭飞行的卫星“夸父B1”、“夸父B2”组成综合观测系统，将用于连续监测太阳剧烈活动及其导致的日地空间环境连锁变化的全过程。
    
    “虽然夸父卫星的对地距离比嫦娥一号卫星远了4倍，但是嫦娥一号在测控方面所使用的50米大天线，我们也会充分利用到。”肖佐告诉记者。
    
    据记者了解，“夸父计划”的原创性科学思想和基本概念是在2003年1月24日在国家自然科学基金委地学部“关于推动空间天气研究座谈会”上，首先由北京大学涂传诒院士在同肖佐、张永维总师和中国科学院魏奉思教授讨论的基础上提出的。随后，“夸父计划”预研成为由北京大学牵头、国家自然科学基金委支持的重点项目，并有国内外有关科技专家大力支持和参与。此后，国防科工委组织了相关评审。根据国防科工委建议，以“夸父计划”为基础，与中国科学院空间科学与应用研究中心刘振兴院士建议的“风暴计划”进行了整合，叫做“夸父—太阳风暴、极光和空间天气计划”。
    
    肖佐告诉记者，“夸父计划”的科学目标是观测空间天气事件从太阳到地球的整体连续变化现象，揭示控制日地空间系统的基本物理过程，提高空间天气灾害预报的准确度，服务航天通讯等高科技活动。
    
    其科学意义表现在：“夸父计划”将对日地空间天气系统的两端——太阳大气和地球空间——进行前所未有的时空连续、多层次的成像观测，完成从太阳大气到近地空间完整扰动因果链的探测，通过多方面的首创性监测，实现日地系统端到端的整体、连续成像观测。并预期在日地系统的能量及扰动的耦合机制如太阳爆发先兆、太阳风的形成机制等方面取得具有重要原创意义的突破性进展。届时，“夸父计划”将与其他空间计划一起进入以探测日地空间整体行为为标志的空间探测新纪元。
    
    据了解，由于2012年将是下一个太阳活动峰年，2012年至2014年太阳活动将会很强烈，因此“夸父计划”三颗卫星建议在这个时间内发射，主要是为观测到新的日地物理现象，进一步揭示日地空间风暴机理，监测行星际扰动传播，为灾害性空间环境预报提供观测数据。初期飞行时间将为2至3年。
    
    “嫦娥一号的成功发射给了我们很大信心，我们相信‘夸父计划’也将不负众望。”肖佐说。
    
    技术攻关是关键
    
    肖佐介绍，在国家自然科学基金委重点项目和国防科工委背景研究项目的支持下，北京大学会同中国气象局、中国科技大学和中科院空间中心在科学背景、科学目标以及为实现科学目标要求配置的有效载荷(主要是科学仪器)等方面开展了全面的预先研究，目前这一预研阶段已顺利完成。
    
    肖佐说，目前，由18个评审委员(包括11位科学院院士和7位空间界资深专家)组成的专家组，已完成对“夸父计划”科学目标进行的评审。
    
    2007年6月1日，《“夸父计划”科学目标及观测项目论证报告》评审会在京召开。北京大学校长许智宏院士和国防科工委副司长王克然分别在会上致词，北京大学涂传诒院士作了关于“夸父计划”科学目标和观测项目的论证报告。评审组通过讨论，一致通过“夸父—太阳风暴、极光及空间天气计划”科学目标及观测项目论证报告，并建议“夸父计划”尽快立项发射。
    
    “夸父计划”工程论证由东方红卫星公司牵头，会同北京大学、中国气象局、中国科学技术大学(与山东大学威海分校合作)、中科院空间中心等共同完成。目前，已对有效载荷对工程的要求、轨道设计、运载与发射、地面测控和测定轨、地面数据接收、卫星设计等进行了全面论证并已顺利完成，主要结论是：在我国嫦娥一期的基础上，实现“地—月”之间的测控技术基础已具备；在我国嫦娥二期和深空站建设完成之后(2011年)，“夸父计划”所需的基础技术条件将全部具备。
    
    完成预研阶段的任务后，“夸父计划”将进入另一个重要环节，即技术攻关。目前，涂传诒、肖佐等科学家已对关键科学探测仪器(有效载荷)的研制、夸父A星的轨道设计与实现技术、夸父A星的深空自主运行技术、夸父B星的高精度姿轨联合控制实现技术等科学问题和技术难点进行了细致的分析。
    
    例如，夸父A所要到达的L1点位于日地连线上，距地球150万公里，目前，只有NASA和ESA为数不多的航天器，如SOHO、ACE、ISEE等飞行器到达过L1点。
    
    夸父A卫星选择哪种运载工具、转移轨道才能到达距地球约150公里的L1点；选择何种方式保持卫星轨道在L1点上；夸父A卫星如何实施远距离测控和通信；L1点通信距离上属于深空范畴，如何在深空条件下实施对卫星的测控和数据传输通信……这些都是夸父A卫星实现的关键环节之一，也是夸父A工程要解决的首要问题。
    
    夸父B卫星飞行任务目标是实现一天24小时、一周7天连续观测北极光的分布，为了实现这个目标，夸父B有两颗同样的卫星组成：夸父B1和夸父B2。这两颗卫星的轨道要位于同一极轨上，呈共轭飞行状态, 远地点高度6个地球半径，近地点0.8个地球半径。选择什么运载工具和发射方式是夸父B卫星工程要解决的关键技术。
    
    “卫星的发射、轨道设计、遥测、遥控都需要有详尽的设计，不过，在现在初步的方案设计中，我们认为我国是有这个能力的，关键是如何把它组织好。”肖佐说。
    
    “除此之外，整个‘夸父计划’都采用成像技术，它所使用的一些特殊成像仪器都要作技术攻关，如中性原子成像仪、太阳白光日冕仪。”肖佐介绍说，由于地球的外层空间有一些中性的氧原子，需要用现在的成像技术把其速度分布形成为图形，以确定在太阳有扰动时，外层空间到底是如何响应的，但是由于中性原子本身通过交换原子以后可以成像，所以这里涉及一些新的成像技术方面的难点。
    
    肖佐介绍，在有效载荷的研制方面，现在已有不少研制单位报名参加，它们已通过不同的渠道申请到了基金，在作积极的准备。“下一阶段我们会通过招标的方式最终确定选择哪些单位研制这些仪器。”