“如果能够尽快立项，我国的太阳立体探测系统真正建成可能要到2035年。”在几天前的香山科学会议上，中国科学院院士、嫦娥五号探测器总设计师、中国空间技术研究院研究员杨孟飞带领团队提出一个大胆设想——立体探测太阳！
如果想对太阳进行全方位探测，还需要部署立体探测体系。“在空间探测太阳方面，中国还没有成体系的项目立项。”杨孟飞说，但正是由于起步较晚，更应该勇于迎接挑战，抓住后发优势带来的机遇。
10月14日18时51分，我国在太原卫星发射中心采用长征二号丁运载火箭，成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”，实现我国太阳探测零的突破。图为“羲和号”探日示意图。图源：航天科技集团八院
全方位立体探测太阳，亘古未有！
人类发射空间探测器探测太阳已有60多年，随着航天技术和载荷的发展，各国的太阳探测已经从日地连线为主的探测升级为太阳抵近或双视角等多种探测方式。通俗点理解就好比逐步实现了给太阳“拍”近景、用双镜头“拍”摄等目标。
但要实施对太阳的全方位立体探测，迄今未有。
何为立体？根据立体探测系统方案，我国将在黄道面和极轨的5个点上分别部署探测器，对太阳实现“环抱”观测。尤其是极区探测器，需要5年的时间才能飞行到位。啥概念？就是在地球和月亮之间跑上180多个来回。这给航天器控制、数据传输等方面都带来极大的挑战。
既然这么难，为什么非要进行立体探测？杨孟飞告诉科技日报记者，要引领人类刷新对太阳的新认识、做出重大的原始创新成果、在国际上产生影响力，就要有一个全新的探测方式。中国有自己的体制机制优势，能够凝心聚力办大事。
中国已具备超远飞行的技术实力
深空的超远飞行是航天科技实力的巅峰：不仅要征服超远距离、复杂温变环境、太阳风暴……还要从容应对数亿公里漫长旅程中随时出现的危机。
勇于攀登、敢于超越、抢占科技制高点，对太阳进行立体探测是中国航天人以航天精神为指引，再一次凭借实力与底气定下的新目标。
根据设想，我国将在2035年前后，通过两次发射任务（分别为一箭三星、一箭两星），构建起环绕黄道面（地球绕太阳公转的轨道平面）、太阳极区的全方位立体探测体系，实现对太阳全球和日地空间的立体探测。在设想提出前，团队对现有技术实力、实现路径、具体方案等进行了充分的论证。
以一箭三星为例，通过分析对比运载直接入轨、天体借力入轨的不同，目前确定了借助天体引力改变轨道方向和轨道能量的方案。飞行将分为3阶段，运载火箭完成第一段路程，后两段路程通过借力飞行和深空机动完成。
“通过探月工程和‘天问一号’的实施，我们有很好的技术基础。”杨孟飞表示，中国科研人员已掌握了让飞行器借力飞行的全新方法。
据介绍，5个飞行器需要飞行2-5年不等的时间到达指定位置。现已掌握的全新技术实现重大突破，大大缩减了此前方案的飞行时间。
杨孟飞透露，立体探测的每组探测器质量大约为3500公斤，有效载荷约400~600公斤。利用多天体借力技术、高效推进舱、电推进技术等航天技术，中国有能力实现探测器的超远飞行和准确入轨。预计发射后3年，太阳立体探测系统将具备太阳中低纬度区域全覆盖、连续观测能力，发射后5年具备太阳全方位立体探测能力。
立体探测势在必行
从最早的先驱者号到比水星还靠近太阳的太阳轨道器，国际上已经开展了多项对太阳的探测任务。中国曾开展太阳空间望远镜的预先研究，也曾对“追日”的“夸父计划”进行过预研，其探测器设计轨道在距离地球百万公里的位置。
当前的形势发生了新变化，国际任务已经触达新深度、带来新认知，例如帕克号太阳探测器，是有史以来最接近太阳的人造物体，并首次实现了距离日心约9.5个太阳半径处的抵近探测。
与会专家认为，我国开展立体探测势在必行。
一方面，它将给太阳物理的研究和空间天气预报提供高质量的数据。在研究了40多年太阳的中国科学院院士汪景琇看来，太阳物理仍然存在一系列重大前沿科学问题。
科学研究的原始创新不存在第二名。“要实现全面、准确、及时、有效地空间天气预报系统，对太阳立体探测亦提出了更加迫切的需求。”中国科学院院士王赤表示。因此，要开展太阳物理中前沿科学问题以及空间天气预报的研究，中国必须构建自己的立体探日系统。
另一方面，整个项目可带动外围支撑技术和体系的发展。例如，我国的太阳探测仪器与国际先进水平存在差距，数据处理方面也存在一些短板。倘若以目标为导向、以任务为指引，15-20年的努力将有望实现高性能有效载荷的突破，同时也可以多条腿走路，倒逼技术路线创新、数据处理方法创新等。
“太阳立体探测项目将是融合空间科学、空间技术、空间应用的系统工程。”杨孟飞说，它的建立将促进太阳物理科学研究、空间天气预报应用和航天技术等学科的交叉与融合；解决太阳物理前沿科学问题、提高太阳活动和空间天气预报能力；推动我国太阳空间探测领域实现跨越式发展。
来源：科普中国
