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SMILE卫星:揭秘太阳风与磁层的相互作用

 

       "太阳风-磁层相互作用全景成像"(SMILE)卫星由中国和欧洲科学家共同提出,旨在大倾角、大椭圆轨道上,对向阳侧磁层顶、极尖区和地球极光进行全景成像,同时通过原位测量地磁场、等离子体,以提高人类对于太阳活动与地球磁场变化的相互关系的认知。

1. 科学目标与任务

        SMILE的科学目标是探测太阳风-磁层相互作用的大尺度结构和基本模式,认知地球亚暴整体变化过程和活动周期,探索日冕物质抛射事件(CME)驱动的磁暴发生和发展。针对的是太阳风与磁层相互作用的全球性科学问题。

       SMILE的工程任务目标是在中欧空间科学卫星合作框架下,共同研制并发射一颗SMILE卫星,在大倾角、大椭圆轨道(5000km×19Re,地球半径Re=6370km)上,利用有效载荷首次对太阳风和地球磁层之间的相互作用进行连续的全球成像,对磁层及太阳风成分进行原位探测,推动人类进一步了解太阳活动对地球等离子体环境和空间天气的影响。

2. 有效载荷配置

        为实现其科学目标,SMILE卫星配置了4 台有效载荷:软X射线成像仪(SXI)、紫外极光成像仪(UVI)、低能离子分析仪(LIA)及磁强计(MAG)。软X射线成像仪主要提供向阳侧磁层顶的X射线成像图;紫外极光成像仪给出全球极光分布图;软X射线成像仪和紫外极光成像仪相互配合,实现太阳风-磁层相互作用的全景成像;低能离子分析仪和磁强计对上游太阳风或磁鞘等离子体以及磁场进行实时的原位探测,测量驱动源头。

▲ 低能离子分析仪实物图

▲ 磁强计实物图

3. SMILE卫星工程设计

卫星轨道:SMILE卫星为大椭圆轨道, 远地点19Re,近地点5000km,轨道倾角98.2° [ 采用" 联盟"(Soyuz)]或轨道倾角63°~100°[采用织女星-C(Vega-C)],近地点幅角280°。

▲ SMILE卫星轨道示意图

卫星系统:SMILE卫星组合体为三舱结构,由有效载荷舱、服务舱和推进舱组成,为三轴稳定卫星。中方负责卫星总体设计并研制服务舱和推进舱,ESA负责有效载荷舱研制。

▲ SMILE卫星结构图

运载火箭系统:运载火箭由ESA负责,由"联盟"或阿里安-6-2(Ariane-6-2)"一箭双星"发射至700km高的太阳同步轨道,倾角为98.7°;或用织女星-C单独发射到低地球轨道,之后通过推进舱变轨至大椭圆探测轨道。

发射场系统:由ESA 完成圭亚那库鲁航天中心的适应性建设,承担运载火箭和卫星的测试、发射任务,并提供地面技术支持与勤务保障。

测控系统:测控系统主要由中方负责,欧洲航天控制中心(ESOC)等单位参加。SMILE卫星预计于2021年底发射,卫星组合体与运载火箭分离前的测控由ESA负责,分离后的测控由中方负责。

地面支撑系统:中方在"空间科学先导专项"的"十二五"规划已有的基础上完成适应性建设,主要实施有效载荷运控管理、科学数据接收、0级以下科学数据处理、各级数据产品的管理、长期科学数据产品的发布服务。

科学应用系统:中欧双方完成各自科学应用系统研制建设,协同制定SMILE卫星任务的科学战略规划和科学探测计划等,监视计划执行情况;分析有效载荷在轨性能,提出有效载荷在轨运行参数调整需求;开展科学数据的标定处理,产生科学快视数据,生成一级以上数据产品。地面段部分包括测控系统、地面支撑系统和科学应用系统及相应国外测控站。

4. 结语

        中欧联合科学评议委员会对SMILE卫星给予了高度评价:SMILE卫星将运用全新的X射线成像技术,首次实现太阳风-磁层相互作用过程的全景观测,对了解并定量分析日地耦合系统的全局特性起到至关重要的作用。

来源:《国际太空》2017年第8期、搜狐网

作者:王赤,李自杰 等