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人民日報:為了“羲和號”奔向太空……

王漢超
2022年12月05日07:52 | 來源:人民網-人民日報
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原標題:為了“羲和號”奔向太空……(逐夢·十年奮進路)

《人民日報》 2022年12月5日 第20版版面截圖

《人民日報》 2022年12月5日 第20版版面截圖

“羲和號”衛星示意圖。上海航天技術研究院供圖 制圖:沈亦伶

“羲和號”衛星示意圖。上海航天技術研究院供圖 制圖:沈亦伶

原題:為了“羲和號”奔向太空……(逐夢·十年奮進路)

面前是一片光與火的海洋。烈焰洪流一般奔涌著、噴發著,無聲澎湃在恆星的表面。

太陽是如此巨大,33萬個地球相加,才能達到一個太陽的質量。事實上,太陽佔去太陽系總質量的99.87%。我們無時無刻不在經受它的吸引,無時無刻不被它光熱的潮水撫摸。我們賴以生存的食物、能源,乃至大氣的流動,無不直接或間接得益於太陽的饋贈。它恆定不變地澎湃在1.5億公裡之外,燃燒著、噴發著,似乎亙古如斯,永無枯竭。

在南京大學的校園裡,有一群人,一直在關注著太陽。在積蓄了半個多世紀的力量之后,他們把中國“觀日之眼”送入太空。

在中國科學院方成院士的眼中,太陽的光芒裡充滿了未知。為什麼有如此巨量日冕物質拋射?為什麼太陽有活躍周期?為什麼太陽南北極磁場會調轉?

方成今年84歲,仍思維敏捷、精神飽滿,奔忙在工作一線。他親歷了中國對太陽研究的從無到有,從搭建觀測塔到升級天文台。他領銜把中國第一顆太陽觀測衛星“羲和號”送入太空。在方成院士和他的團隊看來,“羲和號”是中國探日從地面跨入太空最堅實的一級台階。

攻關

“那我們發一顆衛星到太空去看。”南京大學天文與空間科學學院80后教授李川,仍記得第一次聽方成院士講衛星設想的情景。那時,大家都覺得難以置信。

從來都是在地面研究太陽,用國外研究團隊公開的數據找方向,最大膽的想法也不過是升級望遠鏡,追趕別人的觀測條件。“先別說一個如此龐大的衛星觀測項目需要多少錢,就說一次火箭發射要多少成本?”大家不敢想。

方成從來是個敢想敢干的人。1955年,方成來到南京大學讀書,當他參觀紫金山天文台時,了解到我國的天文觀測設備,隻能用“一窮二白”來形容。最大的設備,也不過是一架1924年購於德國的60厘米直徑的天文望遠鏡。那時,師生們最大的心願,是建一座自己的太陽塔望遠鏡。

誰也沒想到,項目自1958年上馬,歷經22年,終於在以方成為首的團隊手中完成。這期間,項目因種種原因多次中斷,但方成他們又一次次推動項目重新上馬。資料沒有,自己研究﹔缺少經費,工地搭茅棚﹔好不容易買來幾方木料,租不起車,師生用板車拉……

1979年秋天,一座小巧別致的穹頂塔台矗立在南京孝陵衛的荒山上,中國第一次擁有了自己的太陽觀測塔。觀測到清晰的太陽成像,收集到清晰的太陽光譜,中國對太陽的觀測研究大踏步走上了軌道。

方成自小就在向天空仰望。抗戰時期,父母離開上海避亂,方成出生在昆明。他記憶裡,每當警報響起,敵軍飛機從天邊飛來轟炸城區。那時,他的志向是做飛機設計師。后來,陰差陽錯學了天文,他向天仰望的目光卻從此投射得更遠。

他深知,加強對太陽的觀測研究,中國遲早要邁出這一步。早年他大學畢業后去北京深造,當時趙九章等學界前輩正推動中國的衛星上天。他們認識到“日地關系”的重要和科研欠缺,建議方成專注於這方面的研究。

如今,中國的太空事業,已經從資源衛星、氣象衛星,走向載人航天。一個航天大國,對太陽進行監測和預報,是多麼緊迫又勢在必行!

太陽每時每刻都在發生著氫、氦核聚變。局部忽然增亮的爆發稱為耀斑。一個中等強度的耀斑,就相當於百億顆原子彈爆炸的能量釋放。更巨大的爆發稱為日冕物質拋射,以十億噸計的物質噴射向行星際空間。一旦遭遇,高能粒子、電磁暴等將襲向地球,小則影響信鴿方向和導航,大則危及航天員安全、破壞電子器件、損毀衛星、造成停電。

對太陽的重視,總與航天步伐一致。至今,世界各國已先后發射了70多顆太陽探測衛星。其中,“帕克”太陽探測器正在試圖更近地觸摸太陽,距離太陽最近時僅約9個太陽半徑。

方成在多年的國際合作中看到差距,也在差距中對未來的路有了清晰認識。2004年,他提出與國外合作,共同研制太陽觀測衛星,但因外方資金不足而擱置。再一次,國內一箭五星計劃又因故放棄。但方成沒有氣餒。一次次嘗試,他帶出更有探天積澱的隊伍。在中國向天外進發的腳步中,探日的時機正在臨近。

出征

沉沉夜色中,隨著長征二號火箭點火,光焰如激流噴射而出,箭身穩穩升起旋即沖天而去,很快成了蒼穹上一顆亮點。2021年10月14日,“羲和號”從太原衛星發射中心一飛而起,奔向太空。

當時,方成和團隊都守在發射現場。從“羲和號”2019年6月立項,到跟隨火箭一飛沖天,僅僅過去了兩年時間。中國的探日進度,加速從地面跨入太空。

“羲和號”衛星除了太陽成像,更主要的功能是利用中性氫原子譜線進行全日面光譜掃描。此前,全世界尚未在太空中探測過這條Hα光譜。而通過這條譜線,可以巧妙反推出太陽的溫度、密度等,進而能研究太陽大氣,了解爆發機理,對太陽爆發活動做出預報。

同時,衛星還將承擔技術試驗的“特別使命”。由於要掃描整個日面組成一張完整太陽像,必須讓衛星具備超高對准精度與超高穩定性。而衛星在飛行中如何不產生振動?恰好,上海航天技術研究院鑄就了一件“利器”。如果把衛星平台艙比作無人機,那麼裝有鏡頭的平台就是載荷艙,中國首創以磁懸浮的方式讓平台艙和載荷艙分離,帶來了前所未有的穩定和精度。“羲和號”技術要求苛刻,正好成為這項技術的“試車員”。

立項后的節奏快得讓人喘不過氣。南京大學、上海航天技術研究院和中科院長春光機所等單位的團隊為“羲和號”忙碌起來。這是一場復雜的協同,有的要攻克光學器件,有的要完成衛星開發,有的要對未來數據定標建模……“很多人在幕后沒日沒夜苦戰,一顆衛星逐漸成型。”李川說。

先是樣機,測試調整,然后是真機運到南京,連接上各種設備,對准太陽做最后的檢驗。后面還要完成整裝、搭載上箭,僅留出數天檢測窗口。沒想到,調試准備好了,南京卻陰雨綿綿,讓人心急如焚。

團隊一直焦慮看著天,烏雲沉沉不散。直到最后一天,隻聽有人喊:“天開了!”久違的陽光射出,“羲和號”最后一次在地球大氣層中注視太陽。檢測完畢,萬事俱備,隻待升空。研制團隊連夜帶著設備轉場,時間扣得很緊。

這就是地面觀測太陽的限制。風雨陰晴,都會影響觀測,每天一半時間地球的一面都是背對太陽。而“羲和號”在距地表517公裡的天外,繞行地球南北極,可以全天候朝向太陽巡看,每46秒完成一張全日面掃描,幾乎每時每刻都在記錄太陽數據。

在地面,地球大氣吸收了大部分電磁波,甚至太陽活動本身也在影響著大氣變化。當人們看到星星眨眼,那正是因為大氣的波動。剝去這些迷霧,人類將有更多發現。比如,通過“羲和號”,人們第一次看到了太陽中硅元素的一條光譜譜線,而在大氣中,這條線被完全遮蔽了。

當“羲和號”傳回首批數據,方成心裡的石頭總算落地了。但太陽成像始終不夠完美。所幸硬件設計如今運用了多種傳感器,可以遠距調控,幾經試驗找到了最佳位置,獲得了理想的太陽Hα光譜和成像。

運行一年來,“羲和號”已經漸入佳境。今年8月30日,國家航天局發布“羲和號”探日近一年成績單。它不僅傳回海量觀測數據,記錄了近百個太陽爆發活動,更接連創下5個國際首次,驗証了“磁懸浮”雙超技術、空間測速全新解決方案等的創新優勢。

筑路

當“羲和號”隨火箭刺破蒼穹,南京大學、上海航天技術研究院、中科院長春光機所等研發團隊都在現場。他們難得湊這麼齊,當即開會討論起未來的“羲和二號”。

兩年艱辛長跑,終點成了另一個起點。下一個目標已經倒逼他們爭分奪秒。

在方成的構想裡,“羲和號”是跨入太空的一小步,是“開胃菜”,是“試驗田”,中國探日的大幕正徐徐拉開。“在未來,我們需要建立立體觀日體系,包括在黃道面觀測、進而建立繞太陽極區觀測體系,並最終抵近太陽……”

實現願景,步子得從腳下走起。每7到14年,平均11年,會有一輪太陽黑子的集中爆發。自有記錄以來的第二十五個太陽活動活躍周期已經開始,這對我國跟上前沿探日步伐,將是一個難得的觀測窗口期。

他們為“羲和二號”選了一個絕佳觀測位置。日地之間多個引力平衡點稱作拉格朗日點,其中L5點與太陽和地球的連線呈等邊三角形。如果長期穩定停留在那裡,將跳出人類幾乎隻能正面觀測太陽的視角,觀測太陽的“側臉”。由於太陽自轉,在L5甚至能提前4到5天觀測到即將波及地球的太陽活動,也將可以旁觀日地互動全過程。目前,還沒有人類的飛行器長期駐留在那裡。

太陽像一個巨大的謎,讓探索者無法停步,無法移開視線,那團未知如此令人著迷。他們驚訝於太陽的豐富,“目前地球的所有元素,太陽上全都有”。但對太陽活動認知的有限,讓他們感到心急。在這群“追日人”的努力下,中國即將構建起太陽立體探測體系,那將是一項造福全人類的事業。

在“羲和號”升空一年后,中科院先導項目先進天基太陽天文台衛星發射升空,世界最大的直徑2.5米的軸對稱太陽望遠鏡等也即將建成。而中國的太陽數據,已向全球開放。

太陽是人類目前唯一可以如此接近去探測、去研究的恆星。人類有一天去往更浩瀚的深空探測的時候,來自太陽的經驗無比重要。“而我們對太陽的了解,還處在非常淺表的階段。”方成說,“我們這代人是向著太陽筑路,大的貢獻在后面,等著后來的人去完成!”

(責編:蕭瀟、唐璐璐)

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