“先進天基太陽天文臺”衛星任務概況

■黃宇 鄧蕾 熊薇明 甘為群

(1 中國科學院紫金山天文臺暗物質與空間天文院重點實驗室 2 中國科學院微小衛星創新研究院 3 中國科學院國家空間科學中心)

1 項目背景

2 衛星科學目標與任務

3 ASO-S衛星工程方案

衛星系統

運載火箭系統

地觀測太陽，只有在每年5 至8 月衛星會短時間進入地球陰影，最長不過18min。

發射場系統和測控系統

ASO-S 衛星在酒泉衛星發射中心發射，主要完成衛星發射的適應性改造及衛星與火箭的發射技術保障任務；測控工作由西安衛星測控中心負責，主要完成火箭發射階段外測、遙測、安控等任務，完成衛星發射及在軌運行期間對衛星的跟蹤測軌、遙測、遙控等任務。

地面支撐系統

地面支撐系統由中國科學院國家空間科學中心負責研制，其中科學數據地面接收由中國科學院遙感與數字地球研究所負責。系統的主要任務是實施衛星和有效載荷在軌運行管理及狀態監視，完成科學數據的接收、預處理以及數據產品的管理與歸檔服務。

科學應用系統

科學應用系統由中國科學院紫金山天文臺負責研制[6]。主要負責衛星觀測計劃的制定，對每天觀測的科學觀測數據進行管理并生產為高級數據產品，研制數據生產和數據分析軟件，為科學用戶提供數據產品、數據分析軟件以及用戶手冊。衛星上3 個載荷每天觀測到的大約500GB 數據經過處理后連同數據分析軟件將通過科學應用系統和地面支撐系統對全球太陽物理及相關領域研究者開放，實行數據共享政策，共同實現ASO-S 衛星的科學目標。

4 有效載荷配置

為實現“一磁兩暴”的科學目標，ASO-S 衛星配備了3 臺有效載荷：全日面矢量磁像儀[7-8]，用來觀測太陽全日面矢量磁場，其主要特點是縱向磁場測量的靈敏度可以達到5Gs 和全日面矢量磁場的時間分辨率可達40s；萊曼阿爾法太陽望遠鏡[9-11]，主要用來觀測日冕物質拋射的形成和近日冕傳播，其可以從日心到2.5 個太陽半徑同時在萊曼阿爾法譜線波段和白光連續譜波段進行成像；硬X 射線成像儀[12-13]，主要用來觀測太陽耀斑的非熱輻射形態及能譜特征，其成像原理是基于傅里葉變換間接成像。

全日面矢量磁像儀

FMG 載荷對太陽磁場的測量主要是基于塞曼效應，選擇采用了Fe I 532.42nm 磁敏譜線進行磁場測量。FMG 載荷偏振光學系統由7 級雙折射濾光器和液晶調制型偏振分析器組成。

FMG 載荷的主要技術指標：

1）口徑：140mm；

2）視場：34′（全日面）；

3）空間分辨率：優于1.5；

4）觀測譜線：Fe I 532.42nm；

5）濾光器波長穩定度：優于0.002nm；

6）時間分辨率：常規觀測模式生成單幅磁圖的時間為30s，生成矢量磁圖的時間為2min；快速模式生成單幅磁圖的時間為8s，生成矢量磁圖的時間為40s。

7）磁場靈敏度：常規模式下，縱向磁場測量靈敏度15Gs，橫向磁場測量靈敏度270Gs。深積分模式（18min），FMG 測量靈敏度可達縱向磁場5Gs、橫向磁場150Gs。

萊曼阿爾法太陽望遠鏡

LST 由萊曼阿爾法日冕儀（SCI）、萊曼阿爾法全日面成像儀（SDI）和白光太陽望遠鏡（WST）組成，將集中在對“兩暴”的觀測，尤其是對日冕物質拋射（CME）的觀測。LST將首次實現萊曼阿爾法波段和白光波段的全日面和內日冕成像觀測。即在萊曼阿爾法紫外波段（Lyα121.6±10nm）和白光波段（360±1nm）對全日面，在萊曼阿爾法（Lyα121.6±10nm）和白光波段（720±20nm）對內日冕進行高時間、高空間分辨率的成像觀測，全天候監視太陽并對太陽耀斑和CME 等活動現象進行觀測，以研究耀斑和日冕物質拋射的形成和演化，特別是研究日冕物質拋射的早期形成和演化。

LST 載荷主要技術指標：

1）萊曼阿爾法日冕儀（SCI）

A.視場：1.1～ 2.5 R；

B.觀測波段：121.6±3nm，700±20nm；

C.空間分辨率：優于4.8；

D.雜散光抑制要求：1×10-6B @1.1R～5×10-8B @2.5R （可見光波段）。

2）全日面成像儀（SDI）

A.視場：≥38.4′（全日面）；

B.觀測波段：121.6±3nm；

C.空間分辨率：優于1.2。

3）白光太陽望遠鏡（WST）

A.視場：≥38.4′（全日面）；

B.觀測波段：360±1nm；

C.空間分辨率：優于1.2。

硬X 射線成像儀

HXI 主要是對30keV 至200keV 的高能輻射進行高能量分辨和高時間分辨的成像觀測。在三軸穩定的ASO-S 衛星平臺上，HXI 對太陽硬X 射線進行調制測量，并能夠根據X 射線流量情況判斷太陽爆發活動自動切換時間分辨率進行記錄。HXI 采用了陣列空間調制的傅里葉變換合成成像的工作原理，最細光柵節距為36μm，其中縫寬18μm。HXI 載荷的傅里葉分量相較于國際空間調制成像同類設備有大幅提高。

HXI 載荷的主要技術指標：

1）觀測視場：40′（全日面）；

2）觀測能段：30～200keV；

3）能連分辨率：27%@32keV；

4）時間分辨率：優于0.5s；

5）空間分辨率：優于6。

5 結束語

ASO-S 衛星預期經過4～6 個月的在軌調試階段，將交付用戶進入正常工作模式。ASO-S 衛星設計壽命不少于4 年，可完整覆蓋太陽活動第25 周峰年。為了取得預期的成果，ASO-S 科學團隊正在極力爭取各方的支持，努力為國內外太陽物理學家圍繞ASO-S 數據開展太陽物理前沿研究提供優質的平臺，包括與2021 年10 月發射的我國第一顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”[14]的緊密合作，期待“早出成果，多出成果，出大成果”。