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我國科學家詳細解讀“夸父逐日”計劃
中央政府門戶網站 www.gov.cn   2007年01月16日   來源:中國氣象報

    1月15日至19日,中國氣象局在海南三亞召開第二屆“夸父計劃”國際研討會和國際合作高層協調會。相關核心科學家向記者詳細解讀了該計劃。  

    解讀一:“夸父計劃”是如何出爐的?

    “夸父計劃”的名字取自於我國婦孺皆知的古代神話故事“夸父逐日”。最早提出“夸父計劃”原創性科學思想和基本概念的是北京大學涂傳詒院士。2003年1月24日,在國家基金委地學部召開的“推動空間天氣研究”座談會上,涂傳詒院士等國內著名空間天氣學家就未來空間天氣衛星探測談了自己的想法,並聯合中國科學院魏奉思研究員、北京大學肖佐教授、中國航天科技集團張永維總師提出一份“L1+極軌”空間天氣探測計劃的書面建議,此即“夸父計劃”的最早文獻。

    鋻於該計劃探究太陽的奧秘的精神與神話‘夸父逐日’的內涵一脈相承,同時也表明現代中國科學家對祖先勇往直前、追求光明的精神傳承和弘揚,張永維總師建議將計劃命名為更具文化底蘊、民族特色和勵志精神的“夸父”。2004年,國家自然科學基金委員會決定以重點項目形式支持“夸父計劃”的預研。

    “夸父計劃”將由一顆位於日地系統第一拉格朗日點(也稱L1點,即地球與太陽之間的引力平衡點)的衛星“夸父A”和兩顆沿地球極軌共軛飛行的衛星“夸父B1”、“夸父B2”組成綜合觀測系統,以用於監測太陽活動導致的日地空間環境連鎖變化的全過程。

    2005年8月,由國際主要航天局代表組成的國際協調空間活動協調組織——“國際與太陽同在計劃”(ILWS,International Living With a Star)為“夸父計劃”專門組織了國際同行的匿名評審,評審結果介於“極好”和“非常好”之間。同月,國防科工委組織的評審給予“夸父計劃”極好的評價。為了進一步集合整個日地物理探測界的力量,根據國防科工委的建議,全國日地物理探測界的專家學者專門召開會議,一致同意以“夸父”為基礎,與中科院劉振興院士等人提出的“風暴”計劃進行整合,叫做“夸父計劃——空間風暴、極光和空間天氣探測計劃”,並一致建議該計劃作為整個學界在“十一五”期間向國防科工委推薦的唯一日地物理探測計劃。

    解讀二:“夸父計劃”為何全球矚目?

    “夸父計劃”宣佈後,立即在國際空間界引起了強烈反響。國外許多著名雜誌和科學家對該項目實施對全人類帶來的重要意義給予了充分的肯定和極高的評價。

    國際與太陽同在計劃現任主席William Liu説,“夸父計劃”是未來幾年裏中國最有雄心的空間科研項目,它包含了許多項中國的首創技術,一旦順利發射升空,將極大提高中國在空間研究領域的地位。

    許多國家對“夸父計劃”表現出了熱切的關注。德國、法國、比利時、奧地利、加拿大等國10多位著名空間科學家要求參與這項太陽探索計劃。2004年12月9日,德國自掏腰包在法蘭克福召開了第一次“夸父計劃”國際團隊會議。在這次會議上,各國科學家定下了在科學層面上進行國際合作的基本框架。2005年5月,第一次“夸父計劃”國際研討會在北京召開,來自國內十余家單位和歐美十余個國家的八十余名學者參加了會議。

    為什麼“夸父計劃”這麼令全球關注呢?因為該計劃有兩大優點:一是“夸父A”可以連續24小時監測太陽,全天候監測太陽爆發事件的發生和太陽擾動在日地空間中的傳播過程;第二,“夸父B”兩顆衛星組合起來,可實現一天24小時、一週7天連續觀測北半球極光的整體圖像,用來監測太陽活動導致的地球附近空間環境的整體變化。“夸父計劃”只用很少的配置即可實現整個日地空間因果鏈從頭到尾連續24小時不間斷的整體形為的監測。

    據悉,L1點位於日地連線上,距地球150萬公里,是太陽和地球之間的引力平衡點。如果在這裡放一顆衛星,衛星將永遠“盯”著太陽。這裡具有觀測太陽活動的天然優勢,因而成為許多空間天氣專家的最愛。但由於距離地球太遙遠,一般的飛行器根本無法到達,因此,目前在L1點上運行的太陽監測衛星只有美國和歐洲共同發射的SOHO衛星以及美國發射的ACE衛星。

    歐洲空間天氣學權威、德國科學家Schwenn説:“SOHO和NASA的ACE衛星已經超期服役多年,‘夸父’計劃顯得尤為重要。幾年後,如果我們在日冕物質拋射觀測方面束手無策的話,其後果就如同我們對龍卷風或颶風毫無防備那樣,地磁暴等空間災難將肆無忌憚地危害人類。”  

    值得注意的是,SOHO是成像觀測,ACE是就地觀測。而“夸父A”星將把這兩顆星的功能組合在一起,同時配以兩顆“夸父B”星,將組成一個獨立的完整體系。

    由於SOHO和ACE隨時有可能退役,當美國空間環境中心執行主任Ron Zwickl博士聽説“夸父計劃”後,就帶著雙重目的來到國家空間天氣監測預警中心,一是詳細了解“夸父計劃”,二是尋求合作。他多次表明要到美國國會宣揚這件事情:為什麼中國人做這件事而美國人不做?

    據悉,14個國家的五六十名一流科學家目前已參與到“夸父計劃”預研之中。

    解讀三:“夸父計劃”技術難題有哪些?

    目前,“夸父計劃”前期項目進展順利,科學家們已經著手研究“夸父計劃”相關的有效載荷、航天器平臺初始設計以及發射、跟蹤、控制和資料傳輸等方面的問題。但是有關專家也坦言,要實施“夸父計劃””,中國仍面臨許多技術上的挑戰。

    首先,“夸父A”衛星位於距離地球150萬公里的L1點上,我國從未把衛星發射到那麼遠的位置。即使是“夸父B”兩顆衛星,其近地點高度也有5千公里。這對我們的運載能力提出了嚴峻的考驗。

    其次,地面人員還要對衛星進行姿態調整,接收遙遠的微弱信號,即對“夸父A”衛星實施遠距離測控和通信。L1點通信距離上屬於深空範疇,如何在深空條件下實施對衛星的有效測控和數據傳輸通信,是“夸父計劃”成功的又一關鍵環節。“夸父B”兩顆星要精確編隊運行,這個控制也很難。

    第三,衛星上面裝載的儀器,也就是常説的有效載荷水平有待提高。中國空間技術之所以與世界發達國家有一段距離,最根本的原因在於有效載荷還有許多需要改進的地方。

    不過,專家表示,經過研究,所有的難題都會迎刃而解。

    解讀四:中國氣象局在“夸父計劃”中扮演何種角色?

    在“夸父計劃”裏,中國氣象局將扮演何種角色,承擔什麼樣的任務呢?據了解,中國氣象局主要承擔三大任務。

    第一大任務是推動“夸父計劃”立項,推進國際合作。2005年7月28日,中國氣象局與北京大學、中國航天科技集團簽署了《夸父空間天氣探測計劃》合作協議,由中國氣象局牽頭共同推進“夸父計劃”;去年7月,中國氣象局召開了“夸父計劃”推進委員會會議,張文建副局長當選該委員會主席。

    第二大任務是建設“夸父”應用體系。據悉,“夸父計劃”有三大目標,其科學目標是實現人類的許多第一次,實現日地系統連續不間斷地觀測,其工程目標是我國第一次實現150萬公里的航天發射,其應用目標是我國將具有國際領先的空間天氣監測預警體系,在此基礎上建成一套自主的空間天氣業務規範。而我國的國家級空間天氣業務就是由中國氣象局負責,因此中國氣象局自然就承擔起“夸父計劃”應用體系的建設。

    第三大任務是承擔“夸父”地面應用系統。國防科工委副主任孫來燕曾稱:中國氣象局建設的風雲二號C星地面應用系統是“天地一體化的楷模,地面應用系統的典範”。中國氣象局希望,基於這樣的實力和經驗,把“夸父計劃”的地面應用系統做得同樣出色。  

    2012年,如果“夸父”順利升空,它將與國際上其他18顆衛星形成協同觀測的體系,其中,“夸父”是核心。正如Schwenn所説,憑藉這一計劃,中國將躋身國際空間科學界前沿。(冉瑞奎 劉曉林)