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“如果能夠盡快立項，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(shù)研究院研究員楊孟飛帶領(lǐng)團隊提出一個大膽設想——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。”楊孟飛說，但正是由于起步較晚，更應該勇于迎接挑戰(zhàn)，抓住后發(fā)優(yōu)勢帶來的機遇。

10月14日18時51分，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征二號丁運載火箭，成功發(fā)射首顆太陽探測科學技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”，實現(xiàn)我國太陽探測零的突破。圖為“羲和號”探日示意圖。圖源：航天科技集團八院

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(xiàn)了給太陽“拍”近景、用雙鏡頭“拍”攝等目標。

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(jù)立體探測系統(tǒng)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(xiàn)“環(huán)抱”觀測。尤其是極區(qū)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(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娑紟順O大的挑戰(zhàn)。

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

中國已具備超遠飛行的技術(shù)實力

深空的超遠飛行是航天科技實力的巔峰：不僅要征服超遠距離、復雜溫變環(huán)境、太陽風暴……還要從容應對數(shù)億公里漫長旅程中隨時出現(xiàn)的危機。

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

根據(jù)設想，我國將在2035年前后，通過兩次發(fā)射任務（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，實現(xiàn)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(xiàn)有技術(shù)實力、實現(xiàn)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(shù)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(jù)介紹，5個飛行器需要飛行2-5年不等的時間到達指定位置。現(xiàn)已掌握的全新技術(shù)實現(xiàn)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(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)、高效推進艙、電推進技術(shù)等航天技術(shù)，中國有能力實現(xiàn)探測器的超遠飛行和準確入軌。預計發(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(fā)生了新變化，國際任務已經(jīng)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，并首次實現(xiàn)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(zhì)量的數(shù)據(jù)。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(chuàng)新不存在第二名。“要實現(xiàn)全面、準確、及時、有效地空間天氣預報系統(tǒng)，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(gòu)建自己的立體探日系統(tǒng)。

另一方面，整個項目可帶動外圍支撐技術(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。倘若以目標為導向、以任務為指引，15-20年的努力將有望實現(xiàn)高性能有效載荷的突破，同時也可以多條腿走路，倒逼技術(shù)路線創(chuàng)新、數(shù)據(jù)處理方法創(chuàng)新等。

“太陽立體探測項目將是融合空間科學、空間技術(shù)、空間應用的系統(tǒng)工程。”楊孟飛說，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(shù)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(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展。

（科技日報記者 張佳星）