用地名命名的科學實驗衛星

文/ 楊詩瑞

以地名命名的衛星中非常重要的一個類別是科學實驗衛星。小衛星技術的發展成熟，為科研機構提供了一種以低成本商業化模式開展空間科學研究與試驗探測技術的新途徑，國內多家科研單位紛紛投入小衛星和科學載荷的研制工作，與商業航天公司合作，開展空間科學實驗和探測活動，這些衛星中很多被冠以地名，并取得令人矚目的成果。

龍江二號衛星

月球環繞——“龍江二號”

2018年5月21日，哈爾濱工業大學研制的“龍江一號”“龍江二號”兩顆月球軌道編隊超長波天文觀測微衛星，同嫦娥四號任務鵲橋號中繼星一起，由長征四號丙運載火箭發射升空。

“龍江”的命名來自黑龍江。哈工大歷史悠久，人才輩出，多年來為中國航天輸送了數萬名優秀畢業生，為中國航天事業的創建和發展作出了突出貢獻。2018年“中國航天日”哈工大主會場上，“龍江一號”“龍江二號”與“鵲橋”的命名共同揭曉，“龍江”兩顆小衛星的任務是進行月球軌道環繞編隊飛行，開展超長波天文觀測。

龍江衛星質量為47千克，為保障奔月和執行任務的能力，衛星在結構系統、電子系統、星箭分離結構和姿態軌道控制方式上均采用全新設計，搭載了中科院研制的低頻射電探測儀，“龍江二號”搭載了沙特研制的月球小型光學成像探測儀（光學相機）等科學載荷。頻譜儀探測頻段覆蓋1MHz～30MHz的電磁頻譜，當衛星飛到月球背面時，可利用月球完全遮蔽地球電磁干擾的天然條件，開展超長波射電天文觀測等實驗，豐富人類對宇宙的認識。

繞月探測面臨很多困難，目前，全世界僅有美、俄、歐空局、中、日、印完成月球探測任務。被火箭送入地月轉移軌道后，“龍江一號”“龍江二號”各自單獨完成地月轉移、近月制動的飛行。其間，“龍江一號”在地月轉移軌道飛行過程中出現控制異常，未進入月球軌道，“龍江二號”順利進入近月點350千米、遠月點13700千米的環月軌道，成為全球首個獨立完成地月轉移、近月制動、環月飛行的微衛星。

此后，“龍江二號”搭載的低頻射電探測儀在國際上首次實現月球軌道超長波譜連續觀測，并完成三正交卷尺型可展開天線技術驗證，超穩定接收機和高精度定標技術驗證，多次進行太陽、木星、銀心和Cas-A等強射電源的掩月探測。衛星搭載的沙特相機累計完成30次拍攝，成功拍攝了包含波斯灣、紅海、地中海、阿拉伯半島等區域的地月合影。

“龍江二號”也在世界范圍內受到廣泛關注。全世界的無線電愛好者，通過衛星的業余頻段獲取了沙特相機拍攝的圖像。2019年2月，“龍江二號”拍攝的“最美地月合影”在美國《科學》雜志、英國《獨立》報上刊發，引起熱議。2019年7月31日，完成所有任務的“龍江二號”按照計劃撞上月球背面墜毀，為任務畫上圓滿句號。

夜光遙感——“珞珈一號”

2018年6月2日，武漢大學研制的珞珈一號衛星搭乘長征二號丁運載火箭，順利進入預定軌道，這是全球首顆專業夜光遙感衛星。

珞珈山位于中國湖北省武漢市武昌中部，中國著名的高等學府武漢大學就坐落在此。珞珈山原名羅家山，1928年，聞一多先生受邀參加籌建武漢大學，他提議改羅家山為珞珈山——“珞珈”之意，形容山石崢嶸，山色秀美，同時也寓意開荒建校，雖然篳路藍縷，困難重重，但大學將出，前景美好。“珞珈”之稱備受人們喜愛，武大學子喜歡自稱珞珈學子，武大的第一顆衛星也被命名為“珞珈一號”。

“珞珈一號”由武漢大學領銜，聯合長光衛星技術有限公司研制，瞄準國內處于空白的“夜光遙感”技術，和國家急需的“低軌衛星導航增強”等技術驗證。衛星重量22千克，采用大相對孔徑像方遠心光學系統、異形遮光罩雜光抑制、大像元高靈敏成像器件等，實現了高靈敏大動態范圍夜光成像技術，具備130米分辨率、250千米幅寬的夜光成像能力，可展現出夜光亮度變化的細節，并帶來豐富的應用場景。衛星同時搭載導航增強載荷，用于開展衛星導航信號增強和星基北斗完好性監測技術驗證試驗，為我國開展新一代導航信號增強關鍵技術的研究和“一星多用”的集成化空間信息系統建設理論提供試驗依據。

夜光遙感是利用遙感技術從太空觀測夜間地球的光芒，主要反映地表人類活動狀況，能夠提供以人類活動為中心的獨特視角，直接揭示地表人類活動的潛在規律，在社會科學領域有廣泛的應用。

“珞珈一號”每15天獲取一期全球較高分辨率的夜光影像，提供我國及全球GDP指數、碳排放指數、城市住房空置率指數等專題產品，動態監測中國和全球宏觀經濟運行情況，為政府決策提供客觀依據。

武大團隊還研發了支持Web和移動終端的“珞珈一號”夜光遙感數據發布服務平臺，向22個國家和地區的用戶分發了26萬多景夜光影像，為全球不同行業的各類用戶提供了數據支持。“珞珈一號”夜光數據已經服務于測繪地理信息、發展規劃、經濟研究、土地資源、農業、林業、水利、環境氣象、地質災害、交通運輸、國家安全、人工智能和人文娛樂等方向。

天文觀測——“銅川一號”

2018年10月12日，銅川空間科技研究院與長沙天儀空間科技研究院有限公司研制的銅川一號衛星搭乘長征二號丙運載火箭進入預定軌道，這是我國首顆民營天文科技試驗衛星。

龍江二號衛星地月攝影

“銅川一號”的命名來自銅川商業航天城。2018年4月，銅川市政府決策發展商業航空航天產業，銅川商業航天城圍繞衛星制造、衛星測控、衛星組網、火箭整裝、商業火箭發射、裝備制造、終端成果應用等，建設航天產業集群，目標是打造中國商業航天產業發展基地、科技研發基地、文化科教基地、會展交流基地和成果轉化基地。銅川一號衛星是銅川商業航天城向浩瀚宇宙發出的第一張名片。

“珞珈一號”夜光遙感圖

該衛星采用標準6U空間科學試驗衛星平臺，搭載科學載荷，是全世界首次利用微小衛星進行引力波源探測；搭載高靈敏度X射線偏振探測器，用于開展新型的天文觀測試驗，同時還驗證星間通信技術。

X射線的波長非常短，人類肉眼看不到，但是可以揭示天體磁場、天體幾何形狀等重要信息。1975年，美國宇航局發射第一顆帶著X射線偏振探測任務的衛星，對蟹狀星云開展探測，取得重要成果。但隨后40多年，各國相關衛星項目因各種原因陷入停滯，天文學在X射線偏振探測領域處于空白階段。

衛星搭載的X射線偏振探測器是由清華大學天文系課題組歷時多年，經過原理驗證和反復技術優化，最終進入太空。12月28日，探測器成功探測到空間X射線和帶電粒子觸發的徑跡，獲得脈沖星的X射線偏振隨時間變化的重要成果。這是新一代高靈敏度X射線偏振探測技術的首次空間飛行驗證，說明探測器能夠適應空間環境，可以應用到未來空間天文的觀測中。

“銅川一號”是科學載荷采用商業化立方星開展空間探測活動的有益探索，開辟了一條全新的、低成本的天文探測和航天技術實驗途徑，對推動科研機構開展空間科學研究有重要意義，同時也是我國商業航天應用的一項嘗試與創新。

這次任務也是銅川商業航天測控網的第一次實戰任務。該商業測控網建有7.3米S/X雙頻統一測控系統和超短波UV設備，在任務中完成首次全流程業務應用,開展了衛星遙測參數數據接收處理、衛星工況監視分析、軌道計算及預報、姿態控制、遙控操作，測控計劃生成發布、數傳接收處理、飛控軟件驗證等一系列空間技術試驗。

追逐引力波——“懷柔一號”

阿聯酋地區“珞珈一號”01星夜光遙感影像（2018年6月4號）（分辨率130米）

2020年12月10日，中國科學院研制的懷柔一號衛星搭乘長征十一號固體運載火箭順利進入預定軌道，“懷柔一號”是兩顆引力波暴高能電磁對應體全天監測器（GECAM）衛星，又被稱為“極目”衛星。

銅川一號衛星

懷柔一號衛星

該衛星是北京懷柔綜合性國家科學中心空間科學實驗室掛牌后首次發射的科學衛星，中國科學院與北京市人民政府共同將其命名為“懷柔一號”。

引力波是物質和能量的劇烈運動和變化所產生的一種物質波，它能夠穿透電磁波不能穿透的地方，可以探測到基于電磁波無法觀測到的宇觀尺度和新的天體現象。引力波提供了遙遠宇宙中關于黑洞和其他奇異天體的信息，將成為科學家進一步探索宇宙和發展科學理論的有力工具。2019年8月，我國發射的太極一號衛星，也是一顆開展空間引力波探測的技術實驗衛星。

當衛星處于近地軌道時，地球會遮擋大約三分之一的天空，因此單顆近地衛星無法實現全天區的實時觀測。“懷柔一號”采取雙星聯合的方式，兩顆相同的衛星分處地球兩端，相隔1.3萬千米，和地心始終保持三點一線，每顆衛星的視場可以覆蓋除地球遮擋視場之外的所有天區，這樣就實現了全時全天的視場覆蓋。

“懷柔一號”可以對和引力波暴幾乎同時發生的同源伽馬暴的能譜和光變進行連續高精度觀測，同時可以給出精度較高的引力波事件的方向信息，對引力波等重要事件的電磁對應體的發現、認證發揮重要作用。其主要觀測目標包括雙致密星并合引力波產生的高能輻射、伽馬暴、磁星爆發及快速射電暴等宇宙中的劇烈爆發現象，推動破解黑洞、中子星等致密天體的形成和演化，以及雙致密星并合之謎。同時，“懷柔一號”還將探測太陽耀斑、地球伽馬閃和地球電子束等日地空間高能輻射現象，為進一步研究其物理機制提供科學觀測數據。

這些爆發現象在宇宙空間隨機隨時出現，且持續的時間非常短，爆發時的高能輻射掃過地球，高能光子將被衛星探測到。當這些高能光子流量超過設定的觸發閾值后，衛星會自動開展分析計算，得到發生時間、方位、強度等信息，并立即將這些信息以及關鍵數據通過星間鏈接系統下傳到地面。地面自動處理這些信息后，即可生成暴發事件報告，通過全球伽馬暴坐標網絡對外發布，全世界天文學家可以引導其他衛星、地面觀測設備開展觀測。

2021年1月20日，懷柔一號衛星團隊首次在國際伽馬暴協調網絡(GCN)發布天體爆發事件GRB 210119A的觀測通告，這是懷柔一號衛星團隊發布的首個天體爆發事件探測結果。“懷柔一號”是未來幾年監測伽馬暴靈敏度最高的天文衛星，將不斷給人們帶來新的重要科學發現。