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中国轰动一时的太阳监测卫星计划,如今却无人知晓

已有 2076 次阅读 2017-4-15 21:30 |系统分类:科普集锦



千百年来,人类一直渴望解开宇宙的奥秘。

探索天体运动、演化规律、把获得的真知应用于人类的生存的各个方面。

探索太空,征服太空也成了许多好莱坞大片的主题。

2015年11月国内上映的《火星救援》就是这样一部电影。


《火星救援》剧请片段


其中有一幕是中国航天局慷慨将“太阳神计划”的助推器给了美国小伙伴,从而使第二艘补给船能够及时发射。

但因此带来的代价是,太阳神计划被搁置了。

事实上,现实生活中,我国真的就有一个“太阳神计划”一再被搁置




它是面向太阳的天眼,意图24小时监控太阳动向。

太阳虽然给了我们光和热,但太阳并不是对我们没有危害。

太阳会发生如太阳磁暴等太阳爆发事件,这些空间灾难,会通过影响“空间天气”给我们带来莫大的伤害。

太阳磁暴是太阳活动中最猛烈的爆发,每次爆发时,会从太阳大气喷发出10亿吨的带电粒子,这些粒子会以每小时数百万千米的速度席卷太空。当太阳磁暴发生时,会严重干扰电力系统、卫星和无线电通信系统在内的诸多设施,甚至破坏臭氧层。

同时,太阳平均每11年就会有一次“太阳活动峰年”,巨大的活动波动会影响到气候的变化。


太阳活动


因而了解太阳活动可以让我们更清楚太阳的特性,更大可能的防范“空间天气”的威胁。

在1992年的时候,中科院院士艾国祥就提出了“空间太阳观测计划”。

计划一提出就产生轰动,引起国际太阳物理学界的关注。

随后在1995年的时候欧洲航天局和NASA合作的SOHO卫星就成功升空,抵达了太阳和地球的拉格朗日点L1。

日地拉格朗日点是指卫星受太阳、地球两大天体引力作用,能保持相对静止的点,由法国数学家拉格朗日1772年推导证明出,共有5个。


图示L1位置即使拉格朗日点之一


这颗只有几年寿命的卫星作用实在太大了,研究太阳活动和制作空间天气预报都已经离不开它。

注意到SOHO卫星的作用之大,有足够航天实力的国家都陆续投放了卫星。

如NASA的ACE、STEREO,俄罗斯的科罗纳斯都是具备监测太阳活动功能的卫星。

而我国在推动“空间天气”观测上也有着自己的计划,便是“太阳神计划”的真身——夸父计划。




2003年1月,国家自然科学基金委员会地学部举行了一场“关于推动空间天气研究座谈会”。

北京大学院士涂传诒、北京大学地球与空间科学学院教授肖佐、张永维总师和中国科学院魏奉思教授在讨论空间天气的时候,想到了一个极具有实践价值的卫星计划:

通过发射A卫星(夸父A)到拉格朗日点L1,发射B1、B2(夸父B双星)到地球极轨大椭圆轨道上,使三颗卫星相互协作,24小时监控太阳活动。

这个计划便是最早的夸父计划。


秒懂百科上介绍的夸父计划


随后,涂传诒院士再次和肖佐等专家一起向国家自然科学基金委员会提交了一份“L1+极轨”空间天气检测计划的书面建议。

但夸父计划面临着许多技术问题,如我国从未发射卫星到距离地球150万公里那么远的L1点上、卫星如何在深空中传输信号、卫星上所需仪器的现有水平都不足以支撑现在的计划。

夸父计划是直到2004年才被提上了日程。

国家自然科学基金委员会决定以重点项目形式支持夸父计划的预研。




这也就代表着夸父计划有了启动的希望,涂传诒一行人立刻开始了预研和宣传工作。

同时夸父计划在技术攻关上存在的问题巨大,项目便积极向国际寻求合作。

当时国际上卫星分布的逻辑多为抵达L1点,L2点为主。

作为全球首个以“L1+极轨”进行空间天气检测的项目,夸父计划对于航天领域的科学家们有着致命的吸引力。

夸父计划受到各国关注后,吸引了德国、法国、比利时、奥地利、爱尔兰、加拿大等国家十多位著名科学家参与进来,同时还被纳入了NASA的“与星同在(ILWS)”计划框架之中。

在当时全球一众航天计划之中也是风头无二


与星同在(International Living with a Star)计划网站


夸父计划在国内也同样受到关注,甚至合并了另一个叫“风暴计划”的日地探测项目,被提议成为“十一五”期间唯一一个日地物理探测计划。

在2005年7月28日,航天科技集团和中国气象局、北京大学在北京签下“夸父空间天气探测计划”合作协议,开始了合作。

同年的9月16日,“十一五”的日地空间探测规划上,与会同行一致支持了夸父计划,还建议将它作为学界唯一的日地空间计划在国防科工委预研立项。

这一切都在助推夸父计划进入正轨。

第二年,“十一五”期间,嫦娥计划和夸父计划同期运转。


嫦娥计划


此时,涂传诒等人带领的科研团队已经着手计划相关的有效载荷(即探测设备)。

同时也对外宣称夸父计划的卫星发射将定在2012年。

这是因为2012年将会是下一个太阳活动峰年,这一年将是检测太阳活动最好的时机。

夸父计划被予以厚望,许多空间科技界的人认为夸父卫星成功发射,可以取代已经服役多年的SOHO、ACE等卫星,继续或更高效的服务人类。




2007年这一年对于我国航天事业是又一个里程碑,嫦娥计划的嫦娥一号于2007年10月24日18时05分发射成功。

而理念和技术要求过度超前的夸父计划却迟迟未脱离预研状态。

让人放心的是,夸父项目组依然声称夸父计划进展顺利,甚至表示有望在明年3月正式立项。

大家都觉得,2012年升空的承诺依然可能实现。


嫦娥一号卫星最终进入"使命轨道"


苦心研究技术和最优方案,凭借从各方争取来的资金,夸父计划终于在2009年时被中科院列入空间科学卫星先导专项。

很快,国务院在2010年3月时也批准了中科院的专项申请。

整整7年的努力顿时有了成果,即使只是一小步,也是迈向成功的一大步。

很快夸父计划便收到了加拿大和欧洲航天局的主动合作意愿,欧洲航天局加入夸父B卫星的计划中来,提供其中的一颗卫星,加拿大负责另外一颗。


夸父B分为B1、B2两颗卫星,两颗卫星的轨道位于同一极轨上,呈共轭飞行状态


和加拿大、欧洲航天局的合作使整个计划的执行获得更多便利:

财务部拨款3000万元用于技术攻关,还成立了专项办公室用于专门协调管理夸父工程。

而原本加拿大的“加拿大国家航天局”华人科学家刘维宁在收到国家请求,毅然回到国内接手“夸父项目”。

人力物力齐备,此时形势一片大好,偏偏事情出了个大问题。


当年报道刘维宁回国的报纸


由于2009年欧洲爆发的债务危机影响甚广,加拿大在2011年做出了收紧财政的政策安排。

加拿大因为没有获得研制费用宣告合作流产。

2012年时,身处债务危机风暴中心的欧洲也因为无法申请到7000万欧元的经费也只得无奈宣布退出合作。

无论是技术上、还是资金上,项目一旦脱离了国际合作,将随时面临中断的风险。

2013年,夸父计划本可以成为中俄合作中的一项。却因为在火星合作方面的谈判并不圆满,导致夸父计划没有列到合作大纲。




在国际合作出现“变故”的情况下,他想到了改变科学目标——取消夸父B双星,将夸父A星从原先的L1点转向L5点(第5拉格朗日点)。

然而,让刘维宁遗憾的是,该想法尽管得到国际同行认可,但因为到达L5点所需要的技术难度更高并没能通过。

相比夸父计划依然在生死线上徘徊,当初同样受到关注的嫦娥计划的嫦娥2号早在2010年发射成功。

当时业界纷纷觉得嫦娥2号在环绕L2点成功飞行,正说明了夸父计划的可行。哪知道天不遂人愿,计划一再搁置。




即使是2013年时同期的战略性先导科技专项中,暗物质探测卫星也在2015年12月17日成功送入宇宙。

无奈于项目无法开展,夸父计划在2014年5月被暂缓执行。

在航天局如果考虑取消一个项目,通常不说把这个项目取消,而是说暂缓执行。

涂传诒、肖佐等人依然希望项目可以开展,刘维宁也希望这项开展10年的航天计划能从“十二五”延期到“十三五”期间完成。

夸父卫星至今未能到太空去中去,这前前后后已经十数年过去了。

但为了能追赶太阳,前赴后继的人又何止夸父一人矣。


这张被称为有史以来最有影响的环境摄影作品--“地出”,拍摄于1968年12月24日,出自阿波罗8号宇航员威廉·安德斯。


对浩瀚宇宙的探索,仿佛是人类来自本性的渴望。

太空探索不仅仅给人类提供一面审视自己的镜子,还让我们对未来有了更多的憧憬和幻想。

正如Albert Schweitzer所说:我忧心忡忡地看待未来,但仍满怀美好的希望。






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