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西安光机所助力“夸父逐日”

2022-10-12 15:02     来源:中国科学报     X射线成像仪 X射线装置
西安光机所助力“夸父逐日”

中国科学报

 

参与全日面矢量磁像仪(简称FMG)研制

参与太阳硬X射线成像仪(简称HXI)研制(图片均由西安光机所提供)

2022年10月9日7时43分,我国在酒泉卫星发射中心采用长征二号丁型运载火箭,成功将先进天基太阳天文台“夸父一号”发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory,简称ASO-S),是由中国太阳物理学家自主提出的综合性太阳探测专用卫星,是中国科学院空间科学先导专项继“悟空”“墨子号”“慧眼”“实践十号”“太极一号”“怀柔一号”之后,研制发射的又一颗空间科学卫星,实现了我国天基太阳探测卫星跨越式突破。先进天基太阳天文台以“一磁两暴”为科学目标,将利用太阳活动第25周峰年的契机,对太阳上两类最剧烈的爆发现象——太阳耀斑和日冕物质抛射,以及全日面矢量磁场开展同时观测,研究“一磁”即太阳磁场,“两暴”即耀斑和日冕物质抛射的形成、相互作用及彼此关联,为影响人类航天、通讯、导航等高科技活动的空间灾害性天气预报提供支持。

先进天基太阳天文台搭载了全日面矢量磁像仪、莱曼阿尔法太阳望远镜和太阳硬X射线成像仪三台有效载荷,三台载荷相互配合,将首次在一颗近地卫星平台上实现对太阳磁场、太阳耀斑非热辐射、日冕物质抛射日面形成和近日面传波的同时观测。借助莱曼阿尔法太阳望远镜,将首次在莱曼阿尔法波段实现全日面和近日冕的同时观测。

“夸父一号”是中国科学院瞄准太阳空间探测前沿,自主部署并集聚院内相关优势科研力量协同攻关完成的重大深空探测项目。2007年嫦娥一号成功奔月,标志着西安光机所顺利开启在我国深空探测领域建功立业的新篇章,历经探月工程和天问探火的实战历练,西安光机所已成长为深空探测成像设备研制方面一支重要科研力量,形成了西光特色、打出了西光声誉。在本次任务中,西安光机所也是唯一一家同时参与三项有效载荷研制的单位,其中在全日面矢量磁像仪子项目上还担任了这台载荷的工程总体。

追逐太阳的征途给西安光机所带来了机遇也带来了严峻的考验:以往我们研制的深空探测成像设备最小的不足500g,此次系统功能复杂,集成度高,经过轻量化设计后重量仍然在100kg以上,零部件数量和集成难度可想而知;以往是为月球及其他行星拍照,此次是对太阳“拍照”获得太阳磁场、耀斑及日冕物质抛射的科学数据;以往是间断式工作,此次是不停机连续工作四年。而且此次光学载荷运行在约720公里的太阳同步晨昏轨道,工作环境更为极端、更为复杂。2017年项目正式立项,由研究所的月球与深空探测技术研究室牵头抓总,空间光学技术研究室、热控技术研究室、先进制造部通力配合,他们始终坚持发扬航天精神、西光精神,五年时间里接连攻克了系统设计、光机电加工、总装集成方面的多项难题:

参与全日面矢量磁像仪(简称FMG)研制方面,创新采用了单色成像、磁场成像及光学定标多重工作模式,最终实现优于5高斯的磁场探测精度;突破了双层楔形防辐射窗设计,闭环控制稳像机构,极窄带宽(0.011nm)滤光机构,定标及调焦机构设计,内部恒温等关键技术,成功解决了对日观测过程中目标温度极高、空间辐射剧烈、卫星平台抖动、内外温差巨大等对磁场探测产生不利因素的干扰。

参与太阳硬X射线成像仪(简称HXI)研制方面,准直器与指向镜携带了91组光栅对,成功突破了光栅层叠胶接、前后光栅远近距离对准、准直器稳定性关键技术,在近1.2米的距离将光栅狭缝平移达到微米级,旋转优于10″的精度实现对准,具备了光子透过率调制功能。除此之外,该载荷的太阳指向与形变监测光学测量系统,具备在轨高精度形变测量及太阳指向功能。

参与莱曼阿尔法太阳望远镜(简称LST)研制方面,在WST、SDI两个关键焦面组件上首次采用大面阵CMOS探测器,突破其高动态,低噪声关键技术,实现了高灵敏度对太阳的内日冕进行高空间、高分辨率的成像观测及白光偏振度观测,全天候监测太阳并对太阳耀斑和CME等活动现象进行观测,对研究耀斑和日冕物质抛射的形成和演化,特别是研究日冕物质的抛射的早期形成和演化起着关键作用。

此次任务中,西安光机所成功研制了基于国产CPU的自主控制系统,提高了研究所的核心竞争力,也将相关载荷的电控系统的核心技术牢牢掌握在自己手中。参与“夸父逐日”,既是对西安光机所科技创新能力的再次检验,也是西安光机所“集中力量办大事”科研组织模式作用发挥凝聚力量、促进协同的又一次例证。

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