全方位立體探測太陽

◎本報記者 張佳星

“如果能夠儘快立項，我國的太陽立體探測系統真正建成可能要到2035年。”在幾天前的香山科學會議上，中國科學院院士、嫦娥五號探測器總設計師、中國空間技術研究院研究員楊孟飛提出一個大膽設想——立體探測太陽！

如果想對太陽進行全方位探測，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目立項。”楊孟飛説，但正是由於起步較晚，更應該勇於迎接挑戰，抓住後發優勢帶來的機遇。

全方位立體探測太陽，亙古未有！

人類發射空間探測器探測太陽已有60多年，隨着航天技術和載荷的發展，各國的太陽探測已經從日地連線為主的探測升級為太陽抵近或雙視角等多種探測方式。通俗點理解就好比逐步實現了給太陽“拍”近景、用雙鏡頭“拍”太陽等目標。

但要實施對太陽的全方位立體探測，迄今未有。

何為立體？根據立體探測系統方案，我國將在黃道面和極軌的5個點上分別部署探測器，對太陽實現“環抱”觀測。尤其是極區探測器，需要5年的時間才能飛行到位。啥概念？就是在地球和月亮之間跑上180多個來回。這給航天器控制、數據傳輸等方面都帶來極大的挑戰。

既然這麼難，為什麼非要進行立體探測？楊孟飛告訴科技日報記者，要引領人類刷新對太陽的新認識、做出重大的原始創新成果、在國際上產生影響力，就要有一個全新的探測方式。中國有自己的體制機制優勢，能夠凝心聚力辦大事。

中國已具備超遠飛行的技術實力

深空的超遠飛行是航天科技實力的巔峯：不僅要征服超遠距離、複雜温變環境、太陽風暴……還要從容應對數億公里漫長旅程中隨時出現的危機。

勇於攀登、敢於超越、搶佔科技制高點，對太陽進行立體探測是中國航天人以航天精神為指引，再一次憑藉實力與底氣定下的新目標。

根據設想，我國將在2035年前後，通過兩次發射任務（分別為一箭三星、一箭兩星），構建起環繞黃道面（地球繞太陽公轉的軌道平面）、太陽極區的全方位立體探測體系，實現對太陽全球和日地空間的立體探測。在設想提出前，團隊對現有技術實力、實現路徑、具體方案等進行了充分的論證。

以一箭三星為例，通過分析對比運載直接入軌、天體借力入軌的不同，目前確定了藉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，運載火箭完成第一段路程，後兩段路程通過借力飛行和深空機動完成。

“通過探月工程和‘天問一號’的實施，我們有很好的技術基礎。”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。

據介紹，5個飛行器需要飛行2年至5年不等的時間到達指定位置。現已掌握的全新技術實現重大突破，大大縮減了此前方案的飛行時間。

楊孟飛透露，立體探測的每組探測器質量大約為3500公斤，有效載荷約400—600公斤。利用多天體借力技術、高效推進艙、電推進技術等航天技術，中國有能力實現探測器的超遠飛行和準確入軌。預計發射後3年，太陽立體探測系統將具備太陽中低緯度區域全覆蓋、連續觀測能力，發射後5年具備太陽全方位立體探測能力。

立體探測勢在必行

從最早的先驅者號到比水星還靠近太陽的太陽軌道器，國際上已經開展了多項對太陽的探測任務。中國曾開展太陽空間望遠鏡的預先研究，也曾對“追日”的“夸父計劃”進行過預研，其探測器設計軌道在距離地球百萬公里的位置。

當前的形勢發生了新變化，國際任務已經觸達新深度、帶來新認知，例如帕克號太陽探測器，是有史以來最接近太陽的人造物體，並首次實現了距離日心約9.5個太陽半徑處的抵近探測。

與會專家認為，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報提供高質量的數據。在研究了40多年太陽的中國科學院院士汪景琇看來，太陽物理仍然存在一系列重大前沿科學問題。

科學研究的原始創新不存在第二名。“要實現全面、準確、及時、有效的空間天氣預報系統，對太陽立體探測亦提出了更加迫切的需求。”中國科學院院士王赤表示。因此，要開展太陽物理中前沿科學問題以及空間天氣預報的研究，中國必須構建自己的立體探日系統。

另一方面，整個項目可帶動外圍支撐技術和體系的發展。例如，我國的太陽探測儀器與國際先進水平存在差距，數據處理方面也存在一些短板。倘若以目標為導向、以任務為指引，15年至20年的努力將有望實現高性能有效載荷的突破，同時也可以多條腿走路，倒逼技術路線創新、數據處理方法創新等。

“太陽立體探測項目將是融合空間科學、空間技術、空間應用的系統工程。”楊孟飛説，它的建立將促進太陽物理科學研究、空間天氣預報應用和航天技術等學科的交叉與融合；解決太陽物理前沿科學問題、提高太陽活動和空間天氣預報能力；推動我國太陽空間探測領域實現跨越式發展。