张伟：“羲和号”数据质量达到预期，未来将对全世界科学用户开放

来源：微信公众号“前瞻科技杂志”

作者：张伟

作者简介

张伟

研究员，博士研究生导师

上海航天技术研究院科技委副主任

上海卫星工程研究所科技委主任

上海市深空探测技术重点实验室主任

国家“973”计划首席科学家

文章摘要

在简要分析国内外空间太阳探测技术发展态势的基础上，剖析中国在该领域面临的挑战，着重论述首颗空间太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”的科学与技术意义。

结合中国在该领域的发展需求，重点阐述中国近年提出的空间太阳立体探测计划，并针对计划任务特点指出卫星平台和科学载荷需要重点突破的关键技术，提出中国空间太阳探测技术未来发展的建议。

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空间科学是针对不同的宇宙天体与空间环境，利用空间飞行器的遥感及局地测量所开展的相关科学研究。研究对象一般分为太阳与日地空间、地球与近地空间、太阳系内其他天体与空间、太阳系外天体与空间4类。研究内容则是指发生在上述对象的物理、化学和生命过程等自然现象及其规律。

根据空间科学的上述定义与范畴，并参照国内外对空间科学领域分支的划分与研究重点，习惯上可将空间科学领域划分为4个主要分支：太阳物理与日地空间物理、空间地球科学、月球与行星科学、空间天文与天体物理。

（1）太阳物理与日地空间物理主要是指面向太阳与日地空间，研究太阳磁场及等离子体结构的形成与演化、太阳爆发的形成及其对日地空间天气的影响等内容的科学。

（2）空间地球科学主要是指面向地球与近地空间，研究地球系统各圈层及圈层间相互作用和演变过程的科学。

（3）月球与行星科学主要是指通过飞越、伴飞、环绕、着陆、巡视、附着、取样返回等探测方式，研究月球与行星物理、化学及生命现象与规律的科学。

（4）空间天文与天体物理主要是指对太阳系外天体与星际介质进行观测，从而开展天文与天体物理现象及其规律研究的科学。

“浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索，必须推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展”。空间科学高质量快速发展，对推进航天强国建设、促进国家整体科技水平提升和国家经济社会发展具有积极深远的意义。

多年以来，空间科学一直是国际普遍关注的研究热点。世界各国已发射上千颗空间科学卫星，取得了多项重大发现及成果。中国也先后发射“嫦娥”系列、“张衡一号”“悟空号”“慧眼号”等空间科学卫星，在空间地球科学、月球与行星科学、空间天文与天体物理等领域取得了显著成果，对世界空间科学研究产生积极影响。

同时，太阳物理与日地空间物理作为空间科学的重要分支之一，其研究进展也一直受到国内外天文学家的关注。

中国太阳物理科研人员取得了卓然的成果，比如在2016—2020年期间，以第一作者国别来统计，美国太阳物理研究学者发表了979篇文章，中国则发表了694篇，居世界第2，是日本的3.8倍。

中国太阳物理研究队伍已经成为国际太阳物理界的重要研究力量，在太阳磁场、太阳活动的光谱和高能辐射、磁流体力学理论和模拟等领域取得了有国际显示度的成果。然而，在2021年之前，中国一直没有自主的太阳专用探测卫星。中国学者发表的文章大多是使用美国、欧洲、日本等国家和地区发射的卫星获得的观测资料 。

以2010年美国发射的“太阳动力学天文台”（Solar Dynamics Observatory, SDO）卫星为例，截至2022年初，全世界太阳物理研究人员使用其观测数据发表的文章大约是2600篇，而中国就占750篇左右（以上数据来自ADS数据库https://ui.adsabs.harvard.edu）。

因此，开展自主空间太阳探测，获取原始探测数据，已成为促进中国太阳物理研究原创性产出，提升中国在该领域国际影响力的必要举措。

2021年，中国成功发射了国内首个空间太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”，开启中国空间太阳探测新纪元，有望在太阳爆发由里及表的能量传输及释放全过程物理建模方面取得突破。

此外，“先进天基太阳天文台”（Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S）和“太阳全方位立体探测”等项目亦蓄势待发。可以预见，空间太阳科学探测将是中国后续空间科学研究发展的重点方向之一。

01

空间太阳探测技术的发展现状

空间太阳探测即发射探测器在近地空间、日地空间甚至近日空间开展太阳探测。空间太阳探测可摆脱地面观测受到的大气吸收及湍流、天气、时间、角度、距离等的限制，获取分辨率更高、波段更多的太阳观测数据，对人类进一步理解太阳磁场的产生和演化、高能粒子的加速和传播、太阳爆发的物理机制等一些基本的天体物理过程及提高空间天气预报的准确性具有重要意义。

1.1 国外发展态势

20世纪70年代至今，美国、欧洲、日本等国家和地区已发射100余颗探测太阳及太阳风的卫星，取得众多开创性科学成就，表1列出其中一些具有代表性的卫星。

“尤利西斯号”（Ulysses）首次实现了76°轨道倾角的太阳极轨探测，获得了太阳风参数从低纬到高纬分布的观测数据；阳光卫星（Yohkoh）拍摄了大量的太阳耀斑及日冕喷流图片，为太阳高能辐射研究提供了宝贵资料；太阳和日球层探测器（Solar and Heliospheric Observatory, SOHO）首次在日地拉格朗日L1点开展成像探测，在太阳内部结构、太阳外层大气动力学和太阳风起源等方面取得了突破性成就；“日地关系观测台”（Solar Terrestrial Relations Observatory, STEREO）计划包括黄道面内的绕日轨道双星，首次实现对太阳的立体探测；SDO卫星运行于地球同步轨道，提供了比SOHO和STEREO更为清晰的太阳图像，同时图像拍摄时间间隔从STEREO的2.5 min缩短至12 s，为日冕动力学结构、太阳磁场等课题的研究提供了丰富的资料。

“过渡区成像光谱仪”（Interface Region Imaging Spectrograph, IRIS）卫星运行于太阳同步轨道，携带先进的紫外波段望远镜、摄谱仪等设备，提供迄今最详尽的太阳低层大气观测数据。

“帕克号”太阳探测器（Parker Solar Probe, PSP）为首个太阳抵近探测器，到太阳表面最近距离将达到9个太阳半径，实现国际首次人造航天器飞越太阳日冕层，获取日冕层粒子和磁场数据，在日冕和太阳风能量流、太阳风加速区等离子体和磁场结构和动力学等方面取得显著进展；太阳轨道探测器（Solar Orbiter）为太阳极区探测器，携带有10台太阳观测载荷，将提供迄今为止太阳及其环境的最全面、最完整的视图。

表1 国外主要的空间太阳探测卫星

分析国外空间太阳探测历程可以看出，空间探测已成为国外主要航天国家推动太阳物理学科发展的重要动力。

以美国、欧洲部分国家为代表的航天强国，针对太阳磁场演变、太阳爆发机制与传播机理、太阳爆发对空间灾害天气的影响等重大科学问题，已经按计划逐步展开了针对太阳的全方位系列化探测活动，探测器飞行范围逐步从近地空间向近日空间扩展。

未来，随着超高温热防护、高精度姿态控制、高分辨率载荷等关键技术的突破提升，国外主要航天国家将进一步缩近太阳观测距离，实现更为精细高效的太阳观测。

1.2 国内发展态势及面临的挑战

中国的空间太阳探测计划起始于20世纪70年代，分为搭载载荷探测及专用卫星探测计划。

其中，搭载载荷包括“神舟二号”的“空间天文分系统”、风云二号的“太阳软X射线探测器”、风云三号E星的“太阳X射线极紫外成像仪”等，在太阳活动监测方面作出重要贡献。

然而，搭载载荷通常受体积、功耗及观测时间等限制，探测的连续性和完整性受限，整体探测效能较专用卫星低。在专用太阳探测卫星方面，中国先后提出包括“天文卫星1号”“空间太阳望远镜”（Space Solar Telescope, SST）、“夸父计划”“太阳爆发探测小卫星”（Small Explorer for Solar Eruptions, SMESE）、“ASO-S”“太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星”（Chinese Hα Solar Explorer, CHASE）等多个专用太阳探测卫星计划，以开展长期高效的太阳探测。

“天文卫星1号”计划作为中国最早的空间太阳观测计划，于20世纪70年代后期被提出并完成部分科学载荷的研制，但由于国家政策调整，该项目卫星最终没有发射。

20世纪90年代，SST项目被提出并经多轮论证最终形成以1 m口径的光学望远镜为主载荷的方案，旨在以0.1″的高空间分辨率观测太阳磁场，获得高精度的太阳磁场信息。2011年，该项目被列入拟立项的国家深空探测计划，并优化形成“深空太阳天文台”（Deep Space Solar Observatory, DSO）任务方案。目前，该项目仍处于等待国家批复立项状态。

2003年，中国学者提出“夸父计划”，并于2009年被纳入中国科学院空间科学战略性先导科技专项。该项目由3颗卫星组成，其中1颗位于日地拉格朗日L1点，用于监测太阳活动的发生及其伴生现象向日地空间传播的过程。虽然经过多年论证及国际合作协调，但该项目最终未能实施。

2004年，中国和法国联合提出SMESE计划。该卫星旨在以从红外到伽马射线的多波段组合，在太阳活动极大年同时观测太阳耀斑和日冕物质抛射两类最剧烈的爆发现象。但由于法国航天局在项目安排方面的调整，该项目未能最终完成。

2011年，中国太阳物理界提出ASO-S计划，拟首次在一颗卫星上实现太阳高能成像和大气不同层次变化的同时观测，研究耀斑和日冕物质抛射的相互关系和形成规律及其与太阳磁场之间的因果关系，关注太阳爆发能量的传输机制及动力学特征等科学问题。目前，ASO-S已处于研制阶段，计划于2022年发射。

2017年，上海航天技术研究院联合南京大学提出太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星（“羲和号”），基于超高指向精度、超高稳定度的卫星平台及Hα成像光谱仪，实现对太阳低层大气（即光球层和色球层）的高精度光谱观测。该卫星于2021年成功发射，迈出了中国空间太阳探测的重要一步。

从中国空间太阳探测发展历程及现状可以看出，相较于其他航天大国，中国在空间太阳探测领域尚处于起步阶段，探测任务及探测手段与国际先进水平存在较大差距，目前处于跟跑阶段。

尽管中国早在20世纪70年代就已经开始关注空间太阳探测领域，提出的探测项目相较于同期的国外项目而言并不落后，但大多数项目最终均因国内或国外的计划调整而搁置。

因此，中国未来空间太阳探测要实现持续高效的发展需制定长远的规划，建立稳定的预算支持及多元化的投入机制，有效保障探测规划的实施。

此外，在国际合作已成为航天发展重要方向的当下，中国需积极探索加强国际合作的新方法和新途径，在任务级、设备级、数据应用级等不同层面开展国际合作，提升中国在国际合作项目中的主导性，避免重蹈因国外计划调整而导致项目搁置的覆辙。

02

“羲和号”的科学与技术意义

作为中国首颗在轨的专用太阳探测卫星，“羲和号”的成功应用对中国后续空间太阳探测任务实施具有重要参考价值及借鉴意义。“羲和号”的总质量为510 kg，运行于轨道高度为517 km的晨昏太阳同步轨道，主要开展科学观测和技术试验两方面任务。

在科学观测方面，“羲和号”通过太阳Hα波段的光谱成像探测实现3大科学目标：①观测太阳耀斑和日冕物质抛射的光球及色球表现，揭示太阳爆发源区的动态特性和触发机制；②观测太阳暗条形成和演化过程的色球表现，揭示其与太阳爆发的内在联系；③获取全日面Hα波段多普勒速度分布，研究太阳低层大气动力学过程，为解决太阳爆发由里及表的能量传输及释放全过程物理建模等科学问题提供重要支撑。

Hα谱线的线心反映色球层的信息，线翼反映光球层的信息。如果提高仪器光谱分辨率，将这条谱线细分，可以获得光球层和色球层不同高度处的太阳图像。

目前，“羲和号”正处于在轨测试阶段，从得到的初步观测数据来看，数据质量达到预期指标。未来，“羲和号”的观测数据在经过科学标定后将对全世界科学用户开放，在国际太阳物理和空间物理研究中贡献中国力量。

在技术试验方面，“羲和号”开展了“动静隔离非接触”总体设计、载荷指向的“双超”控制、新型大带宽超高精度磁浮作动器等10余项技术验证，实现载荷舱指向10-4°、稳定度10-5(°)/s量级的超高精度控制水平，全面验证新型卫星平台的性能。

1）“动静隔离非接触”式卫星总体设计新方法

“羲和号”在国际上首次采用“动静隔离非接触”总体设计新方法，将平台舱与载荷舱物理隔离，并将飞轮、太阳帆板等微振动源和挠性部件集中于平台舱，太阳Hα光谱仪放置在载荷舱，采用全新的控制技术和执行机构实现两者物理上的磁浮式非接触隔离，不仅阻断平台舱微振动的传递路径，同时解决了平台舱热变形对载荷舱的耦合影响。“羲和号”卫星空间构型及布局如图1所示。

图1 “羲和号”卫星空间构型及布局

2）“主从协同”超精超稳控制新技术

“羲和号”采用“载荷舱主动控制、平台舱从动控制”的主从协同控制新方法，同时在载荷姿态控制回路中采用相对平台舱姿态完全解耦的策略，即在设计载荷舱指向控制律时，人为地摒弃掉平台舱的姿态信息，以高效解决平台舱姿态运动对载荷舱姿态控制的耦合影响问题。

同时，根据两舱间的相对姿态与相对位置双六自由度动力学，实时动态地将姿控力和位置控制力分配至对应的大带宽超高精度磁浮作动器，并辅以平台舱的姿态协同控制，实现两舱相对姿态与相对位置的稳定控制与载荷舱姿态的超精超稳控制。

3）新型大带宽超高精度磁浮作动器

“羲和号”采用磁浮作动器作为载荷舱的执行机构，其输出力的分辨率达到10-5 N的量级，控制带宽达到1000 Hz，控制精度比传统执行机构如飞轮、陀螺等至少高2个量级，使载荷舱超高指向精度、超高稳定度控制性能得以实现。

此外，“羲和号”还完成国内首次舱间无线能源传输测试及国际首次原子鉴频太阳光谱测速导航仪在轨测速试验，为相关技术后续工程化应用奠定坚实基础。

后续，“羲和号”可与即将发射的ASO-S、其他航天器上搭载的太阳观测载荷及地面太阳观测站联合开展工作，为中国太阳物理研究提供多源、多视角的观测数据支撑。

03

空间太阳探测技术发展趋势与展望

为实现在该领域由“跟跑”向“并跑”和“领跑”的转变，中国《“十四五”空间科学发展规划》（编制中）将空间太阳探测作为后续推动实施的科学计划，进行中长期规划部署。

规划遵循由远及近、由单一到立体的原则，在“羲和号”等卫星日地连线探测的基础上，逐步开展日地拉格朗日L5点探测、太阳极轨探测以及太阳抵近探测，如图2所示。

图2 太阳全方位立体探测示意图

2021年，由上海航天技术研究院、南京大学、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所和中国科学院光电技术研究所联合申报的“十四五”民用航天技术预先研究项目“太阳全方位立体探测系统设计与关键技术”获国家国防科技工业局批复立项。

通过该项目研究将形成针对解决“太阳磁场的产生和演化及其与太阳爆发的关系”“太阳爆发与传播机理及其对灾害性空间天气的影响”两项重大科学和应用问题的探测方案和实施路线图，突破卫星平台及有效载荷相关关键技术，为中国后续太阳立体探测计划实施奠定坚实基础。太阳全方位立体探测将是中国未来空间太阳探测发展的重点方向。

3.1 探测任务

根据初步设想，太阳全方位立体探测将分为日地拉格朗日L5点探测、太阳极轨探测及太阳抵近探测3步实施。

通过全方位、多层次、高精度的太阳探测，实现更精确的太阳磁场测定、太阳活动三维结构确定及空间天气预报等目标。

3.1.1 日地L5点探测

日地L5点是日地系统5个平动点之一，位于地球绕日公转轨道上游，与太阳和地球组成一个等边三角形（与地球的距离约1.5亿km），具有轨道长期稳定、立体成像效果好、预警时间长的独特优势。目前尚无一颗人造飞行器在日地L5点进行定点观测，属国际空白。

实施L5点太阳探测工程，与“羲和号”等近地太阳探测卫星及地面望远镜协同配合，开展太阳活动的立体观测和三维结构研究、太阳磁场和速度场的精确测量、日冕磁场的诊断、日冕物质抛射（Coronal Mass Ejections, CME）传播、高能粒子加速及其对日地空间环境的影响、太阳活动区、耀斑/CME等的预警和预报等科学目标研究，将有望在太阳磁场、太阳爆发与传播机理、灾害性空间天气预报等方面取得重大原创性成果。

3.1.2 太阳极轨探测

发射探测器至太阳高纬度方向，实现比Solar Orbiter更高的轨道倾角，比Ulysses更近的太阳轨道。通过测量太阳极区磁场和速度场，获取太阳极区磁场、等离子体和高能粒子等探测数据，该任务有望为快慢太阳风的起源、日震学、太阳活动周、太阳发电机等研究取得突破作出重要贡献。

3.1.3 太阳抵近探测

发射一颗太阳抵近探测器，在距离日心5~10个太阳半径附近对太阳风、日冕磁场、太阳高能粒子等进行抵近探测，实现比“帕克号”太阳探测器更详细、更持久的观测，比Solar Orbiter更近的太阳轨道。

通过直接测量和探测日冕磁场、太阳风暴的物质成分和内部结构、磁重联电流片和激波、粒子加速等，该任务将为解决太阳磁场能量释放、日冕加热、太阳风加速、太阳高能粒子加速和传播等基本问题提供重要数据支撑。

3.2 关键技术

针对中国未来空间太阳立体探测需求及任务特点，中国在全日面矢量磁像仪、极紫外成像仪（Extreme Ultraviolet Imager, EUI）等科学载荷技术及轨道优化技术、高精高稳平台技术、高精度自主导航技术等卫星技术研究方面需开展重点研究。

3.2.1 科学载荷技术

1）全日面矢量磁像仪

全日面矢量磁像仪能够对太阳磁场进行大视场、高分辨率、高精度磁场探测，为空间天气预警预报奠定重要数据基础。为满足探测需求，全日面矢量磁像仪主要具备如下功能：①对太阳光球层大气进行全日面磁场成像；②对太阳光球层大气进行波长扫描成像；③对太阳光球层大气局部区域磁场进行高精度成像。

全日面矢量磁像仪需要具备大视场中等分辨率和小视场高分辨率两种观测模式。在大视场中等分辨率观测模式下，对太阳大气光球层进行全日面磁场成像；在小视场高分辨率观测模式下，对局部太阳光球层进行高精度成像，从而实现对太阳表面磁场进行概略成像和精细成像。

2）极紫外成像仪

极紫外成像仪可提供太阳大气色球和日冕的高时空分辨率成像。为实现高效的太阳探测，需从空间分辨率、观测视场、观测波段等角度来分析极紫外成像仪技术指标。

过去10余年的SDO观测表明，要分辨日冕物质抛射和耀斑的前身结构（如暗条和热通道等）和爆发结构（日冕物质抛射和耀斑环等）至少需要2″（每个像素对应1″）的空间分辨率。统计研究表明，C级以上耀斑和相关日冕物质抛射的主相持续时间集中分布在5~30 min之间。 为研究它们的演化过程，需要的时间分辨率至少1 min。

另外，日冕物质抛射发生后通常会导致全球尺度的扰动，再考虑到捕捉日冕物质抛射早期演化的需要，观测的视场大小也需要满足科学目标的需求。 太阳大气从宁静色球到耀斑爆发，其温度覆盖范围从1×104℃（色球）到2×107℃（耀斑环）。

要实现同时覆盖色球到耀斑区的观测，则需要尽可能多的波段，而仪器自身波段范围是受限的。 因此，如何实现有限波段下的色球至耀斑环的覆盖观测是极紫外成像仪设计需解决的又一问题。

3）高能辐射谱仪

高能辐射谱仪（High-Energy Radiation Spectrometer, HERS）的目的是探测太阳耀斑所产生的高能辐射。

HERS的能段（10 keV~600 MeV）覆盖了太阳耀斑硬X射线和γ射线波段的辐射，其能谱分辨率非常高（2.8%@800 keV），可以获得耀斑高能辐射的完整能谱，其时间分辨率也非常高（32 ms~1 s），因此可以完整呈现耀斑高能辐射的精细变化。

此外，它与极紫外遥感观测以及太阳高能粒子的局地探测相结合，可以详细研究太阳爆发的能量释放过程和高能辐射机制，回答长期未能解决的高能辐射方向性问题，以及束缚粒子和逃逸粒子问题。

除了上述载荷，日冕仪、日球成像仪、低频射电望远镜、白光望远镜、局地探测设备（粒子、温度、磁场等）也是未来空间太阳探测亟需的探测工具。

3.2.2 卫星技术

1）轨道优化技术

轨道设计属于航天器顶层设计，是航天器方案设计的前提（或依据）之一。优秀的轨道设计可显著提升探测任务的效能。

太阳全方位立体探测轨道形式多样，涉及L5、L4和L3的日地平动点转移、太阳极轨轨道及太阳抵近轨道等多种复杂飞行轨道。

日地平动点探测需要考虑一箭多星与快速部署，需要进行多种推进方式与月球借力轨道结合的设计与优化。太阳极轨探测与太阳抵近探测借力飞行次数多，其中太阳抵近探测借力飞行轨迹优化变量巨大，优化难度极高。因此，如何设计高效的探测轨道将是未来太阳立体探测需要重点考虑的问题。

2）高精高稳平台关键技术

高精度的科学探测载荷通常对姿态指向精度与姿态稳定度具有较高的要求。如全日面矢量磁像仪为实现高精度的偏振测量，需要观测系统具有较高的跟踪精度，对于优于0.5″的高分辨率观测而言，望远镜的指向稳定度需要达到1×10-5(°)/s。

为保证跟踪精度，一般采用载荷二次稳像系统，通常利用太阳米粒图像得到的相关跟踪结果来控制倾斜镜，以对图像抖动进行补偿和抑制，保证偏振测量精度和高空间分辨率观测。

二次稳像系统通常对小于14 Hz的图像抖动可以进行较好的补偿和抑制，但探测器平台的振动频谱范围很广，如飞轮的微振动频率可达到100 Hz，远超二次稳像系统的理想工作范围，对高精度的偏振测量产生不利影响。

“羲和号”采用的“双超”平台技术在物理上实现平台舱和载荷舱的物理隔离，进而实现载荷的高精高稳指向控制。但同时在轨试验表明，要实现更高精度的姿态控制，需进一步提升磁浮作动器的输出精度及测量敏感器（主要包括星敏感器、陀螺和舱间测距仪等敏感器）的测量精度。

此外，“羲和号”采用的无线能源传输技术在轨测试传输效率在80%左右，为应对后续深空探测环境及大功率载荷探测需求，无线能源传输效率仍需进一步提升。

3）高精度自主导航技术

在太阳全方位立体探测部署过程中，航天器需进行多次借力转移，飞行周期长、轨道变化多；在部署完成后，航天器还将进行长期的观测，这些都将对地面站的测控造成较大压力。

而不同于火星以远深空探测任务，在太阳立体探测中，太阳、水星、金星、地球等是相对易于观测的天体，可提供较为丰富的天文导航信息。

因此，研究基于天体方位信息的天文测角导航及基于恒星光谱频移信息的天文光谱测速导航技术以为航天器提供高精度自主导航信息，可有效提升航天器的自主性，降低地面测控的压力。

4）超远距离通信技术

太阳极轨探测器若通过木星借力实现大轨道倾角调整，最远通信距离达到5 AU以上。深空通信特有的远距离特点，使得通信信号强度损耗极大，接收信噪比极低，通信时延很长，数据传输速率受限严重，通信设备之间相对运动速度大，多普勒频率及其变化率对保持稳定通信影响大，信号捕获和跟踪难度大。

因此，有必要开展高性能纠错编译码技术、高灵敏度接收检测技术、Ka频段深空通信技术、光通信技术、新型大口径空间通信天线技术等新技术研究，以满足太阳立体探测任务的通信需求。

5）超高温轻型化热防护技术

地球和太阳的距离约为1 AU，地球轨道附近的热流密度为1660 W/m2，太阳抵近卫星距离日面最近时距离约0.05 AU，其表面热流密度为地球轨道的400倍，约为664000 W/m2，卫星表面将需要承受1500℃左右的高温，需开发高温热防护及高效散热技术的新方法。

按照目前中国现有航天器热防护罩的水平，其隔热性能及重量无法满足要求。另一方面，根据任务需求，探测器在近日点处需开展科学探测，太阳电池阵必须要接受光照以提供能源，如何能使太阳电池阵在受到光照的条件下维持其工作温度是一个很大的挑战。

因此，需要开展新型轻量化热防护罩、太阳热反射辐射隔热涂层、太阳电池阵高效散热等技术研究，保障航天器在抵近探测时的安全。

04

中国空间太阳探测技术的未来发展建议

总体而言，中国空间太阳探测起步较晚，探测任务次数较国外有不小差距。但中国航天经过60余年发展，技术积累基础雄厚，在有效载荷及卫星技术方面已实现局部领先，空间太阳探测起点较高。

因此，通过科学的探测规划及集中的技术突破，中国有望在该领域实现快速赶超，获取原创性成果，为国际太阳物理研究贡献中国智慧。我们的初步建议如下。

4.1 以科学目标引领任务规划，推动领域科学研究

太阳物理仍然有很多未解决的重大科学问题，包括太阳内部结构、太阳磁场的产生与调制、色球和日冕加热机制、太阳大气中磁场的强度及分布、太阳爆发现象的触发与加速机制、快速磁重联的触发及维持机制、高能粒子加速机制、太阳风暴的物理预报等。

加强太阳物理理论的研究工作，紧密跟踪和把握国际太阳科学界的理论研究动态和热点，以太阳物理“十四五”规划为蓝本确定中国太阳探测科学目标，合理规划工程任务，确保高价值科学探测数据获取，促进原创性科学研究成果产出。

4.2 优先开展L5点太阳探测工程，抢占领域发展先机

日地L5点卫星是国际上受到高度关注的太阳探测重点项目，是尚未实施的空白领域。

结合太阳磁场的演变与太阳爆发的关系、太阳爆发与传播机理及对空间灾害天气的影响等科学目标研究对太阳磁场、太阳爆发三维结构等的测定需求，优选载荷配置，加大对全日面矢量磁像仪、极紫外成像仪、高能辐射谱仪等重要科学载荷研制涉及的关键技术研究的支持力度，提升载荷技术成熟度及性能指标，从而有效支撑L5太阳探测项目尽快实现工程立项实施，填补L5长期定点探测国际空白，率先在太阳磁场起源与演化、太阳爆发及对日地空间影响等重大科学及应用问题上取得突破，助推中国空间太阳探测跨越式发展。

4.3 集中突破平台关键技术，支撑领域持续发展

结合太阳极轨探测、太阳抵近探测任务需求，开展转移轨道优化与多天体借力飞行技术研究，实现探测器的快速部署与高效探测；开展高精度陀螺、星敏感器等测量器件及磁浮作动器等控制执行机构研制，进一步提升姿态控制性能；开展新型防热、隔热材料研究，突破太阳抵近超高温热防护技术；开展太阳系内天体源端特性建模、高精度导航传感器研制、图像光谱数据处理等技术研究，提升深空自主导航技术成熟度，以满足工程应用需求。

通过卫星平台深空通用关键技术突破，实现从原理、元器件、部组件、单机产品的完全自主可控，进而有效支撑中国空间太阳探测领域的持续发展。

结束语

在国家顶层规划的牵引及科研人员的努力下，中国在太阳物理研究方面已取得了明显进展。

随着“太阳全方位立体探测”规划的逐步明确及“羲和号”“先进天基太阳天文台”等专用空间太阳科学探测卫星项目的陆续实施，中国未来将开启空间太阳科学探测的新篇章，在太阳观测数据获取、太阳空间观测载荷研制及卫星平台技术研究等方面再上新台阶，进而推动中国空间科学的高质量快速发展，促进中国空间技术与空间应用水平的全面提升。