印度首次太陽探測任務
——阿迪蒂亞-L1 分析

張揚眉 （北京空間科技信息研究所）

2023 年9 月2 日，印度首個太陽探測器——阿迪蒂亞-L1（Aditya-L1）從薩迪什·達萬航天中心搭乘極軌衛(wèi)星運載火箭-XL（PSLV-XL）發(fā)射升空，將研究太陽日冕、太陽風及其對地球附近環(huán)境的影響。

1 任務背景

2008 年1 月， 印度空間科學咨詢委員會（ADCOS）提出“阿迪蒂亞”（Aditya）方案，Aditya 在梵語中意為“太陽”。該方案的最初設計是一顆400kg 的低地球軌道小型衛(wèi)星，該衛(wèi)星將攜帶一臺日冕儀，用于日冕研究。

2015 年，印度政府批準了經(jīng)過修訂和增強的“阿迪蒂亞”任務方案，并將其更名為阿迪蒂亞-L1，該任務被設計為一個在日地拉格朗日L1 點運行的綜合性的太陽和空間環(huán)境天文臺。據(jù)《印度斯坦時報》2023 年8 月27 日報道，阿迪蒂亞-L1 成本為36.8億盧比（約合4500 萬美元）。

2 任務基本情況

任務目標

基于之前的深空探測器和科學衛(wèi)星取得的發(fā)現(xiàn)，目前科學界已經(jīng)獲取了有關太陽風的成分、屬性、結(jié)構(gòu)等方面的信息，并拍攝了色球?qū)油獠康娜彰岷瓦^渡區(qū)的高分辨率圖像等，然而仍然有多個問題尚未解決，其中包括日冕反常高溫現(xiàn)象和太陽風加速機制，阿迪蒂亞-L1 將助力解決這兩個問題。

阿迪蒂亞-L1 任務的科學目標為：①研究日冕加熱和太陽風加速的機制；②研究“日冕物質(zhì)拋射”（CME）、太陽耀斑、近地空間天氣的來源；③研究太陽大氣的耦合和動力學特性；④研究太陽風分布和溫度的各向異性。

系統(tǒng)組成

阿迪蒂亞-L1 探測器發(fā)射質(zhì)量約為1475kg，采用印度國產(chǎn)的I-1K 平臺，兩側(cè)各裝有一副可展開太陽電池陣。探測器計劃工作壽命為5 年。歐洲航天局（ESA）將為印度阿迪蒂亞-L1 任務提供深空通信支持。

I-1K 平臺由印度空間研究組織（ISRO）研制，也被稱為印度衛(wèi)星-1000（INSAT-1000），通常被用于輕型地球靜止軌道衛(wèi)星。I-1K 平臺干質(zhì)量為500kg，尺寸為1.505m×1.476m×1.530m，電源系統(tǒng)功率為500 ～1000W。該平臺平均壽命為7 年，并可擴展至12 年。此前“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（IRNSS）、氣象衛(wèi)星-1（METSAT-1）、“曼加里安”（Mangalyaan）火星軌道探測器等都采用了該平臺。

阿迪蒂亞-L1 太陽探測器

有效載荷

探測器共攜帶7 種有效載荷，總質(zhì)量244kg，包括可見光發(fā)射譜線日冕儀（VELC）、太陽紫外成像望遠鏡（SUIT）、阿迪蒂亞太陽風粒子環(huán)境實驗裝置（ASPEX）、等離子體分析裝置包（PAPA）、太陽低能量X 射線光譜儀（SoLEXS）、繞L1 點高能量X 射線光譜儀（HEL1OS）以及磁強計（Magnetometer）。

上述有效載荷中，4 種用于遙感觀測太陽，3 種用于在日地L1 點附近進行粒子和場的原位探測。

阿迪蒂亞-L1 攜帶的有效載荷

阿迪蒂亞-L1 有效載荷分布圖

任務過程

2023 年9 月2 日，探測器發(fā)射后經(jīng)過63min20s的飛行，進入環(huán)繞地球的橢圓軌道。9 月3 日，探測器進行首次地球軌道機動，進入245km×22459km的軌道。9 月5 日，探測器完成第二次地球軌道機動，進入282km×40225km 的軌道。9 月10 日，探測器完成第三次地球軌道機動，進入296km×71767km的軌道。隨后，探測器還將進行數(shù)次地球軌道機動，離開地球引力“影響球”（SOI）并進入飛向日地L1點的巡航階段。發(fā)射約127 天后，探測器將抵達距離地球大約1.5×106km 的日地L1 點附近的暈軌道（Halo Orbit），并在之后開始執(zhí)行科學探測活動。

阿迪蒂亞-L1 探測器飛行過程

3 任務特點分析

印度首次太陽探測任務和首次日地L1 點任務

阿迪蒂亞-L1 是印度首次研究太陽的任務，也是印度首次在日地L1 點附近運行的任務，將首次以近紫外波段對日面（Solar Disk）進行觀測。在截至2023 年9 月國外實施的200 余次深空探測任務中，運行在日地L1 點附近的任務包括美國的“國際彗星探測者”（ICE）、“風”（WIND）、“先進成分探險者”（ACE）、“起源”（Genesis）、“深空氣候觀測臺”（DSCOVR），歐洲航天局的“太陽日光層觀測臺”（SOHO）、“激光干涉儀空間天線探路者”（LISA Pathfinder），以及印度的阿迪蒂亞-L1 等，其中大部分任務為太陽觀測任務。探測器在日地L1 點運行具有穩(wěn)定性較好、觀測視野更全面、輻射環(huán)境相對穩(wěn)定、與地球通信更容易等優(yōu)點。

印度深空探測活動范圍不斷擴大

在本次任務之前，印度實施的深空探測任務僅涉及月球和火星，其月球探測規(guī)劃按照環(huán)繞/撞擊、軟著陸/巡視、原位采樣、采樣返回四個階段推進，其中2008 年的月船-1（Chandrayaan-1）實現(xiàn)了月球和深空探測領域零的突破，完成了環(huán)繞探測，此外還實施了月表撞擊探測；月船-2 著陸失敗但軌道器正常工作，月船-3 則成功演示驗證了月面軟著陸技術，并開展了巡視探測。目前，印度正與日本聯(lián)合研發(fā)2026 年的月球極區(qū)探測任務（印度方面命名為月船-4），并正在論證2030 年左右的月船-5 甚至更遠期的月船-6 采樣返回任務等。火星探測方面，印度實施“曼加里安”系列任務，在2013 年實施火星環(huán)繞任務后，計劃于2024 年左右發(fā)射曼加里安-2任務。

在實施月球、火星系列任務的同時，印度也希望繼續(xù)提升深空探測能力，發(fā)展多樣化探測任務。本次太陽探測任務的發(fā)射，標志著印度深空探測活動范圍已經(jīng)從月球、火星擴展至了太陽。此外，印度還正進行“舒克拉安”（Shukrayaan）金星環(huán)繞探測任務的研發(fā)，計劃于2024 年左右發(fā)射，將研究金星地質(zhì)、金星大氣以及太陽風與金星電離層的相互作用。

印度更為注重深空探測任務工程目標的實現(xiàn)

現(xiàn)階段，印度更為注重以低成本快速實現(xiàn)深空探測任務的工程目標，通常將政治意義放在首位，而將科學目標的實現(xiàn)放在次要位置。過于關注工程目標的實現(xiàn)，一方面會造成科學目標相對較弱，以本次阿迪蒂亞-L1 任務為例，其攜帶的有效載荷和探測方式在國際上并無領先優(yōu)勢；另一方面，追求低成本實現(xiàn)工程目標也會以降低可靠性為代價，印度月船-2任務著陸失利、月船-1 軌道器提前退役等就是典型的例子。

美、歐等國在進行深空探測任務時會重點考慮其科學意義，以及對于本國科學技術發(fā)展的促進作用，通常采用較為先進的技術，加之美歐人力等各方面成本均遠高于印度，因此其任務成本相比印度的任務要高得多。就太陽探測任務而言，美國2018 年發(fā)射的“帕克太陽探測器”（PSP）和歐洲航天局2020 年發(fā)射的“太陽軌道器”（SolO）成本均為15 億美元左右，與印度本次任務的4500 萬美元成本差別巨大，但美歐的任務是對太陽進行抵近觀測，印度任務則是繞日地L1 點進行遠距離觀測，觀測技術、載荷性能等都不可與美歐任務相提并論。

4 幾點啟示

印度深空探測活動向系列化、多樣化發(fā)展

近年來，印度的深空探測活動逐步向系列化、多樣化發(fā)展，從最初重點實現(xiàn)深空探測及火星探測領域零的突破，到分階段持續(xù)開展月球及火星探測任務，再到現(xiàn)在的探測目標多樣化，印度長期、持續(xù)的深空探測戰(zhàn)略規(guī)劃已在逐步成型并穩(wěn)步推進。此外，印度執(zhí)行深空探測任務的頻率也有加快的趨勢，目前實施任務的頻率為2008 年1 次（月船-1）、2013 年1 次（“曼加里安”）、2019 年1 次（月船-2）、2023年2 次（月船-3 和阿迪蒂亞-L1），未來計劃的任務還有2024 年“舒克拉安”金星任務和曼加里安-2、2026 年月船-4 等。

成功實施深空探測任務可顯著提升國際影響力

航天科技的高速發(fā)展是一個國家綜合國力和國際地位的有力體現(xiàn)，深空探測任務因為科普性和趣味性較強，極其容易受到公眾關注，因此近來印度也開始注重利用全球公眾對任務的關注來提升自身影響力。近期印度的月船-3 任務就進行了大量的宣傳活動，包括與月球村協(xié)會共同主辦全球推廣活動，舉行月船-3 任務相關的全球視頻競賽、網(wǎng)絡論壇，全球網(wǎng)絡直播月船-3 著陸全過程等，尤其是月船-3 任務著陸過程僅在YouTube 上就吸引了全球共800 萬人在線觀看，印度稱創(chuàng)下了該網(wǎng)站觀看人數(shù)前十的紀錄。本次阿迪蒂亞-L1 的發(fā)射也在網(wǎng)絡上進行了直播，并通過推特、ISRO 網(wǎng)站等對該任務進行了大量的宣傳。從印度這兩次深空任務的宣傳效果來看，鼓勵公眾以多種形式參與到深空探測任務中，可以起到很好的科普和宣傳效果，尤其對于激發(fā)民族自豪感和自信心、激發(fā)年輕一代對于宇宙奧秘的好奇心、提升國家影響力等具有顯著作用。