羲和号

中国首颗太阳探测科学技术试验卫星

羲和号（英文：Xihe，英文全称：Chinese Hα Solar Explorer，英文简称：CHASE），全称“太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星”，是中国首颗太阳探测科学技术试验卫星。

研制历程

历史背景

身处太阳系之中，人类无法不对给地球带来光明与能量的太阳产生好奇并进行探索。科学家表示，大约在46亿年前，太阳在距离银河系中心约2.6万光年处，由星云在自身引力作用下坍塌凝聚而形成，太阳寿命大致为100亿年，正处于壮年期。太阳直径达139万千米，是地球的107倍，质量则是地球的33万倍，占整个太阳系总质量的99.87%。

“太阳对地球演化和人类文明发展的作用不可或缺；同时太阳对地球的影响也无所不在，主要体现于太阳爆发产生大量带电高能粒子，对地球电磁环境造成严重破坏，其中尤以太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射对地球电磁环境影响最为显著。”太阳活动周期约11年，而今正处于第二十五个太阳活动周期，全世界又进入太阳研究新的高峰期。

太阳黑子存在于太阳光球表面，是磁场的聚集之处。其数量和位置每隔一段时间会发生周期性变化。太阳耀斑是太阳活动的重要表现，是太阳表面局部区域突然和大规模的能量释放过程，所辐射出的光的波长横跨整个电磁波谱。日冕物质抛射是太阳释放能量的另一种形式，一次巨大的太阳爆发日冕物质抛射事件，可让数十亿吨的物质短时间内离开太阳，喷射到宇宙空间。

从世界范围来看，自20世纪60年代以来，随着航天技术的快速发展，全世界已发射了70多颗太阳观测卫星，聚焦于太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射的观测研究。当前的主要趋势是对太阳结构、磁场、黑子、耀斑、太阳大气等进行综合观测和抵近观测。

“探测和研究太阳活动，提出应对措施，能够降低或规避对地球的不利影响。中国作为航天大国，及时开展太阳探测活动十分必要。”中国已经制定了两个太阳探测计划，分别是“羲和”和“夸父”探测计划，是太阳探测的中国方案和中国贡献。

研制进程

2015年，方成院士团队与航天八院联合提出基于一个超高指向精度和超高稳定度的卫星平台开展高精度太阳观测的思路，羲和号卫星概念正式提出。此后，经过三年多的科学论证和方案设计，确定了双超卫星平台附加Hα光谱成像的总体设计方案，明确了卫星的科学目标和技术指标。

2018年5月，通过卫星工程综合论证评审。

2019年6月，羲和号卫星项目获得国家航天局批复立项。

随后，羲和号卫星科学与应用系统由南京大学负责研发建造，卫星系统由上海航天技术研究院抓总研制，卫星载荷由中国科学院长春光机所负责研制。

系统组成

运载火箭

长征二号丁运载火箭是上海航天技术研究院研制的，用于发射近地轨道和太阳同步轨道中小型有效载荷的两级液体运载火箭，于1992年8月成功地进行了首次发射。长征二号丁火箭先后承担了中国国内外多型卫星的发射任务，入轨精度高，表现优异，发射成功率100%。

长征二号丁运载火箭是在长征四号运载火箭的第一、二级基础上研制，起飞推力达300吨，具备地球同步轨道（LEO）和太阳同步轨道（SSO）要求的单星、多星发射能力，对应700千米太阳同步轨道运载能力为1.3吨，具有高可靠、高安全、低成本、短周期发射等特点。

卫星平台

“羲和号”全称为太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星。其运行于高度为517千米的太阳同步轨道，主要科学载荷为太阳空间望远镜。Hα是研究太阳活动在光球和色球响应时最好的谱线之一，通过对该谱线的数据分析，可获得太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化，有助于研究太阳爆发的动力学过程和物理机制。卫星在轨运行期间，将观测太阳耀斑和日冕物质抛射的光球及色球表现，探究太阳爆发的源区动态特性和触发机制，同时探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，还将获取全日面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“太阳爆发由里及表能量传输全过程物理模型”等科学问题提供重要支撑。

该卫星采用了超高指向精度、超高稳定度的“双超”卫星平台设计。平台将在轨应用磁浮技术，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，阻断平台舱微振动对载荷工作的影响，大幅提高载荷姿态指向精度和姿态稳定度。未来，双超平台技术还将在高分辨率对地详查、大比例尺立体测绘、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中开展广泛应用，助推中国空间科学和空间技术跨越式发展。

设计参数

运行动态

卫星发射

2021年10月14日18时51分，中国在太原卫星发射中心采用长征二号丁运载火箭，成功发射了首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”。

本次任务还成功搭载了10颗小卫星，分别为亚太空间合作组织（APSCO）的2颗政府间合作微小卫星：大学生小卫星-1、大学生小卫星-2A，主要开展盘绕式伸展臂展开、星基广播式监视及星间通信等技术验证。亚太空间合作组织是中国发起成立的第一个高技术领域国际组织，此次任务是该组织成立以来首次发射卫星。此外，本次发射还搭载了8颗商业微小卫星。

后续动态

2022年1月28日，中国团队在国际首次发布，“羲和号”探日卫星在轨获得了太阳H-α谱线。“羲和号”发射后，已经在空间首次同时获得了太阳全日面Hα谱线、Si I谱线和Fe I谱线的精细结构和光谱成像，以及几十个太阳耀斑的资料。

2022年8月30日，中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”成果正式发布。自发射以来，“羲和号”按照既定任务计划开展科学观测，累计下传原始观测数据50Tbit，生成科学数据约300Tbit，对于后续开展太阳空间探测任务以及提升中国在空间科学领域国际影响力等具有重要意义。

2022年11月16日，在中国天文学会成立百年纪念大会上，“羲和号”首席科学家、南京大学教授丁明德透露，“羲和号”再获两项重要发现，即同时测量到太阳光球和色球的较差自转以及成功捕捉到一次罕见的X1级大耀斑。

2023年2月17日，“羲和号”卫星顺利通过在轨试验总结评审。经研讨，与会专家认为，“羲和号”卫星完成了全部在轨试验项目，实现了双超平台试验和科学载荷试验的工程目标，获取的数据有力支撑了太阳Hα光谱科学研究，完成了搭载载荷原子鉴频太阳导航仪在轨验证，卫星工程各项技术指标均满足工程研制建设总要求。

2023年10月18日消息，“羲和号”已在轨稳定运行两周年，产生超过400TB（太字节）的高质量科学数据和一系列原创性科研成果，将有力支撑太阳大气动力学研究。

观测太阳

“羲和号”上搭载的望远镜可以连续对太阳进行观测，还克服地球大气抖动等带来的一系列问题，能在短时间内光谱扫描全日面，在扫描的波长范围里可以对每一个光谱点进行成像，其科学目标是太阳色球动力学。

在517千米高空的晨昏太阳同步轨道上，“羲和号”持续对日观测，通过超高指向精度和超高稳定度的双超平台，装载Hα成像光谱仪的“羲和号”可以较好地通过两种方式观测太阳：白光连续谱成像和光谱扫描成像。

在白光连续谱成像模式下，可以获得全日面像，如按下手机快门拍照一样简单。

在光谱扫描成像模式下，“羲和号”搭载的Hα成像光谱仪通过对太阳全日面扫描，历时约46秒，可以获得4600多条光谱，每条光谱都可以被复原成一张日面像。

2022年8月30日，中国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”成果正式发布。自发射以来，“羲和号”按照既定任务计划开展科学观测，累计下传原始观测数据50Tbit，生成科学数据约300Tbit。在国际上首次实现了对太阳Hα（氢阿尔法）波段的光谱扫描成像，记录了太阳活动在光球层和色球层的响应过程，通过一次扫描，可获取376个波长位置的太阳图像，不同波长对应了光球和色球不同层次的太阳大气。根据这些谱线的精细结构，可反演出高精度的全日面色球和光球多普勒速度场，发生在太阳大气中的活动可被详细记录到，进而研究太阳活动的物理过程。

2023年11月1日，集合全日面光谱扫描成像制作而成的视频发布，展示了“羲和”探日观测到的太阳表面各种爆发的壮观景象。

2024年6月13日，国际著名期刊《自然-天文学》发表了中国探日卫星“羲和号”的最新成果。“羲和号”获得国际上首个太阳大气自转运动的三维图像，进而发现了太阳大气自转的新规律，这项成果对于研究太阳活动和太阳的演化具有重要的科学意义。“羲和号”是中国发射的首颗太阳探测科学技术试验卫星，截至6月13日，已回传了超过500TB观测数据。

技术创新

磁浮平台

在太空中，卫星载荷一次微小的振动，都会使得成像效果失之毫厘、谬之千里。羲和号的“双超”卫星平台打破传统卫星平台微振动“难测、难控”的技术瓶颈，采用磁浮控制技术，将平台与载荷的物理接触彻底隔绝，确保载荷成像不受平台扰动的影响，让其拍照“更稳、更准”，将中国卫星平台的姿态控制水平提升了1至2个数量级，达到国际先进水平。

五个首次

“羲和号”太阳探测卫星采用独创的“动静隔离、主从协同”磁浮式卫星平台，实现了国际首次太阳Hα波段光谱成像探测，对后续开展太阳空间探测任务及推动中国空间科学、空间技术和空间应用的协同创新发展具有重要意义。

国际首次空间太阳Hα波段光谱扫描成像；

国际首次在轨获取太阳Hα谱线、SiΙ（硅一）谱线和FeΙ（铁一）谱线的精细结构；

国际首次实现主从协同非接触“双超”（超高指向精度、超高稳定度）卫星平台技术在轨性能验证及工程应用；

国际实现首台太阳空间Hα成像光谱仪在轨应用；

国际实现首台原子鉴频太阳测速导航仪在轨验证。

在轨验证

“羲和号”卫星还将在轨验证无线能源传输、舱间无线通信、舱间激光通信、重复连接释放、舱间电缆脱落与收纳、原子鉴频太阳导航仪等多项新技术和新产品。

科研成果

南京大学与中国科学院云南天文台、中国航天科技集团有限公司第八研究院的科研人员通过分析我国首颗探日卫星“羲和号”的观测数据，精确绘制出国际首个太阳大气自转的三维图像。相关论文2024年6月13日发表在国际学术期刊《自然·天文学》上。

2024年6月，国际学术期刊《自然·天文学》发表了我国探日卫星“羲和号”的最新成果。“羲和号”获得国际上首个太阳大气自转运动的三维图像，进而发现了太阳大气自转的新规律。

所获荣誉

2021年12月，“羲和号”卫星的发射成功被评为“2021年中国航天十大新闻”和“2021年中国太空探索十大进展”。

2022年2月，“羲和号卫星科学与应用系统团队”荣获南京大学科学研究突出贡献奖。

文化特色

卫星命名

2021年卫星发射前，为进一步鼓励公众特别是青少年关注航天，传播航天精神，激发探索热情，在国家航天局指导下，国家航天局新闻宣传办公室、中国航天科技集团八院、南京大学联合组织发起了首颗太阳探测科学技术试验卫星征名活动，收到万余份命名方案，经过征集、遴选和专家推介三个环节，最终定名“羲和号”。

羲和为中国上古神话中的太阳女神与制定时历的女神，并以太阳母亲的形象为人们所认知。此名取义“效法羲和驭天马，志在长空牧群星”，象征中国对太阳探索的缘起与拓展。

任务标识

长征二号丁运载火箭发射羲和号卫星任务标识。

总体评价

羲和号太阳探测计划紧紧围绕太阳探测热点问题，提出中国特色太阳探测模式，如将实现国际首次太阳Hα波段光谱成像的空间探测；首次提出天文光谱测速导航新方法和新技术等。

“羲和号”高性能技术卫星平台在轨试验成功后，是世界上首次将磁悬浮技术在航天器上进行工程应用，将大幅提升中国空间观测技术水平。未来，“双超”平台技术还将在高分辨率对地详查、大比例尺立体测绘、太阳立体探测、系外行星发现等新一代航天任务中推广应用，推动中国空间科学领域、航天技术领域跨越式发展。实现了中国太阳探测零的突破，标志着中国太空探测正式步入“探日”时代。（人民网评）

“羲和号”已成功实现了国际首次空间太阳 Hα波段光谱扫描成像，国际首次在轨获取太阳Hα谱线、SiΙ谱线和 FeΙ谱线的精细结构。根据这些谱线的精细结构，可反演出高精度的全日面色球和光球多普勒速度场，发生在太阳大气中的活动可被详细记录到，进而研究太阳活动的物理过程。（国家航天局评）

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