張揚(yáng)眉 （北京空間科技信息研究所）

2023 年9 月2 日，印度首個(gè)太陽(yáng)探測(cè)器——阿迪蒂亞-L1（Aditya-L1）從薩迪什·達(dá)萬(wàn)航天中心搭乘極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭-XL（PSLV-XL）發(fā)射升空，將研究太陽(yáng)日冕、太陽(yáng)風(fēng)及其對(duì)地球附近環(huán)境的影響。

1 任務(wù)背景

2008 年1 月， 印度空間科學(xué)咨詢(xún)委員會(huì)（ADCOS）提出“阿迪蒂亞”（Aditya）方案，Aditya 在梵語(yǔ)中意為“太陽(yáng)”。該方案的最初設(shè)計(jì)是一顆400kg 的低地球軌道小型衛(wèi)星，該衛(wèi)星將攜帶一臺(tái)日冕儀，用于日冕研究。

2015 年，印度政府批準(zhǔn)了經(jīng)過(guò)修訂和增強(qiáng)的“阿迪蒂亞”任務(wù)方案，并將其更名為阿迪蒂亞-L1，該任務(wù)被設(shè)計(jì)為一個(gè)在日地拉格朗日L1 點(diǎn)運(yùn)行的綜合性的太陽(yáng)和空間環(huán)境天文臺(tái)。據(jù)《印度斯坦時(shí)報(bào)》2023 年8 月27 日?qǐng)?bào)道，阿迪蒂亞-L1 成本為36.8億盧比（約合4500 萬(wàn)美元）。

2 任務(wù)基本情況

任務(wù)目標(biāo)

基于之前的深空探測(cè)器和科學(xué)衛(wèi)星取得的發(fā)現(xiàn)，目前科學(xué)界已經(jīng)獲取了有關(guān)太陽(yáng)風(fēng)的成分、屬性、結(jié)構(gòu)等方面的信息，并拍攝了色球?qū)油獠康娜彰岷瓦^(guò)渡區(qū)的高分辨率圖像等，然而仍然有多個(gè)問(wèn)題尚未解決，其中包括日冕反常高溫現(xiàn)象和太陽(yáng)風(fēng)加速機(jī)制，阿迪蒂亞-L1 將助力解決這兩個(gè)問(wèn)題。

阿迪蒂亞-L1 任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)為：①研究日冕加熱和太陽(yáng)風(fēng)加速的機(jī)制；②研究“日冕物質(zhì)拋射”（CME）、太陽(yáng)耀斑、近地空間天氣的來(lái)源；③研究太陽(yáng)大氣的耦合和動(dòng)力學(xué)特性；④研究太陽(yáng)風(fēng)分布和溫度的各向異性。

系統(tǒng)組成

阿迪蒂亞-L1 探測(cè)器發(fā)射質(zhì)量約為1475kg，采用印度國(guó)產(chǎn)的I-1K 平臺(tái)，兩側(cè)各裝有一副可展開(kāi)太陽(yáng)電池陣。探測(cè)器計(jì)劃工作壽命為5 年。歐洲航天局（ESA）將為印度阿迪蒂亞-L1 任務(wù)提供深空通信支持。

I-1K 平臺(tái)由印度空間研究組織（ISRO）研制，也被稱(chēng)為印度衛(wèi)星-1000（INSAT-1000），通常被用于輕型地球靜止軌道衛(wèi)星。I-1K 平臺(tái)干質(zhì)量為500kg，尺寸為1.505m×1.476m×1.530m，電源系統(tǒng)功率為500 ～1000W。該平臺(tái)平均壽命為7 年，并可擴(kuò)展至12 年。此前“印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”（IRNSS）、氣象衛(wèi)星-1（METSAT-1）、“曼加里安”（Mangalyaan）火星軌道探測(cè)器等都采用了該平臺(tái)。

阿迪蒂亞-L1 太陽(yáng)探測(cè)器

有效載荷

探測(cè)器共攜帶7 種有效載荷，總質(zhì)量244kg，包括可見(jiàn)光發(fā)射譜線(xiàn)日冕儀（VELC）、太陽(yáng)紫外成像望遠(yuǎn)鏡（SUIT）、阿迪蒂亞太陽(yáng)風(fēng)粒子環(huán)境實(shí)驗(yàn)裝置（ASPEX）、等離子體分析裝置包（PAPA）、太陽(yáng)低能量X 射線(xiàn)光譜儀（SoLEXS）、繞L1 點(diǎn)高能量X 射線(xiàn)光譜儀（HEL1OS）以及磁強(qiáng)計(jì)（Magnetometer）。

上述有效載荷中，4 種用于遙感觀測(cè)太陽(yáng)，3 種用于在日地L1 點(diǎn)附近進(jìn)行粒子和場(chǎng)的原位探測(cè)。

阿迪蒂亞-L1 攜帶的有效載荷

阿迪蒂亞-L1 有效載荷分布圖

任務(wù)過(guò)程

2023 年9 月2 日，探測(cè)器發(fā)射后經(jīng)過(guò)63min20s的飛行，進(jìn)入環(huán)繞地球的橢圓軌道。9 月3 日，探測(cè)器進(jìn)行首次地球軌道機(jī)動(dòng)，進(jìn)入245km×22459km的軌道。9 月5 日，探測(cè)器完成第二次地球軌道機(jī)動(dòng)，進(jìn)入282km×40225km 的軌道。9 月10 日，探測(cè)器完成第三次地球軌道機(jī)動(dòng)，進(jìn)入296km×71767km的軌道。隨后，探測(cè)器還將進(jìn)行數(shù)次地球軌道機(jī)動(dòng)，離開(kāi)地球引力“影響球”（SOI）并進(jìn)入飛向日地L1點(diǎn)的巡航階段。發(fā)射約127 天后，探測(cè)器將抵達(dá)距離地球大約1.5×106km 的日地L1 點(diǎn)附近的暈軌道（Halo Orbit），并在之后開(kāi)始執(zhí)行科學(xué)探測(cè)活動(dòng)。

阿迪蒂亞-L1 探測(cè)器飛行過(guò)程

3 任務(wù)特點(diǎn)分析

印度首次太陽(yáng)探測(cè)任務(wù)和首次日地L1 點(diǎn)任務(wù)

阿迪蒂亞-L1 是印度首次研究太陽(yáng)的任務(wù)，也是印度首次在日地L1 點(diǎn)附近運(yùn)行的任務(wù)，將首次以近紫外波段對(duì)日面（Solar Disk）進(jìn)行觀測(cè)。在截至2023 年9 月國(guó)外實(shí)施的200 余次深空探測(cè)任務(wù)中，運(yùn)行在日地L1 點(diǎn)附近的任務(wù)包括美國(guó)的“國(guó)際彗星探測(cè)者”（ICE）、“風(fēng)”（WIND）、“先進(jìn)成分探險(xiǎn)者”（ACE）、“起源”（Genesis）、“深空氣候觀測(cè)臺(tái)”（DSCOVR），歐洲航天局的“太陽(yáng)日光層觀測(cè)臺(tái)”（SOHO）、“激光干涉儀空間天線(xiàn)探路者”（LISA Pathfinder），以及印度的阿迪蒂亞-L1 等，其中大部分任務(wù)為太陽(yáng)觀測(cè)任務(wù)。探測(cè)器在日地L1 點(diǎn)運(yùn)行具有穩(wěn)定性較好、觀測(cè)視野更全面、輻射環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定、與地球通信更容易等優(yōu)點(diǎn)。

印度深空探測(cè)活動(dòng)范圍不斷擴(kuò)大

在本次任務(wù)之前，印度實(shí)施的深空探測(cè)任務(wù)僅涉及月球和火星，其月球探測(cè)規(guī)劃按照環(huán)繞/撞擊、軟著陸/巡視、原位采樣、采樣返回四個(gè)階段推進(jìn)，其中2008 年的月船-1（Chandrayaan-1）實(shí)現(xiàn)了月球和深空探測(cè)領(lǐng)域零的突破，完成了環(huán)繞探測(cè)，此外還實(shí)施了月表撞擊探測(cè)；月船-2 著陸失敗但軌道器正常工作，月船-3 則成功演示驗(yàn)證了月面軟著陸技術(shù)，并開(kāi)展了巡視探測(cè)。目前，印度正與日本聯(lián)合研發(fā)2026 年的月球極區(qū)探測(cè)任務(wù)（印度方面命名為月船-4），并正在論證2030 年左右的月船-5 甚至更遠(yuǎn)期的月船-6 采樣返回任務(wù)等?；鹦翘綔y(cè)方面，印度實(shí)施“曼加里安”系列任務(wù)，在2013 年實(shí)施火星環(huán)繞任務(wù)后，計(jì)劃于2024 年左右發(fā)射曼加里安-2任務(wù)。

在實(shí)施月球、火星系列任務(wù)的同時(shí)，印度也希望繼續(xù)提升深空探測(cè)能力，發(fā)展多樣化探測(cè)任務(wù)。本次太陽(yáng)探測(cè)任務(wù)的發(fā)射，標(biāo)志著印度深空探測(cè)活動(dòng)范圍已經(jīng)從月球、火星擴(kuò)展至了太陽(yáng)。此外，印度還正進(jìn)行“舒克拉安”（Shukrayaan）金星環(huán)繞探測(cè)任務(wù)的研發(fā)，計(jì)劃于2024 年左右發(fā)射，將研究金星地質(zhì)、金星大氣以及太陽(yáng)風(fēng)與金星電離層的相互作用。

印度更為注重深空探測(cè)任務(wù)工程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)階段，印度更為注重以低成本快速實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)任務(wù)的工程目標(biāo)，通常將政治意義放在首位，而將科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)放在次要位置。過(guò)于關(guān)注工程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，一方面會(huì)造成科學(xué)目標(biāo)相對(duì)較弱，以本次阿迪蒂亞-L1 任務(wù)為例，其攜帶的有效載荷和探測(cè)方式在國(guó)際上并無(wú)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)；另一方面，追求低成本實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)也會(huì)以降低可靠性為代價(jià)，印度月船-2任務(wù)著陸失利、月船-1 軌道器提前退役等就是典型的例子。

美、歐等國(guó)在進(jìn)行深空探測(cè)任務(wù)時(shí)會(huì)重點(diǎn)考慮其科學(xué)意義，以及對(duì)于本國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)作用，通常采用較為先進(jìn)的技術(shù)，加之美歐人力等各方面成本均遠(yuǎn)高于印度，因此其任務(wù)成本相比印度的任務(wù)要高得多。就太陽(yáng)探測(cè)任務(wù)而言，美國(guó)2018 年發(fā)射的“帕克太陽(yáng)探測(cè)器”（PSP）和歐洲航天局2020 年發(fā)射的“太陽(yáng)軌道器”（SolO）成本均為15 億美元左右，與印度本次任務(wù)的4500 萬(wàn)美元成本差別巨大，但美歐的任務(wù)是對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行抵近觀測(cè)，印度任務(wù)則是繞日地L1 點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)距離觀測(cè)，觀測(cè)技術(shù)、載荷性能等都不可與美歐任務(wù)相提并論。

4 幾點(diǎn)啟示

印度深空探測(cè)活動(dòng)向系列化、多樣化發(fā)展

近年來(lái)，印度的深空探測(cè)活動(dòng)逐步向系列化、多樣化發(fā)展，從最初重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)深空探測(cè)及火星探測(cè)領(lǐng)域零的突破，到分階段持續(xù)開(kāi)展月球及火星探測(cè)任務(wù)，再到現(xiàn)在的探測(cè)目標(biāo)多樣化，印度長(zhǎng)期、持續(xù)的深空探測(cè)戰(zhàn)略規(guī)劃已在逐步成型并穩(wěn)步推進(jìn)。此外，印度執(zhí)行深空探測(cè)任務(wù)的頻率也有加快的趨勢(shì)，目前實(shí)施任務(wù)的頻率為2008 年1 次（月船-1）、2013 年1 次（“曼加里安”）、2019 年1 次（月船-2）、2023年2 次（月船-3 和阿迪蒂亞-L1），未來(lái)計(jì)劃的任務(wù)還有2024 年“舒克拉安”金星任務(wù)和曼加里安-2、2026 年月船-4 等。

成功實(shí)施深空探測(cè)任務(wù)可顯著提升國(guó)際影響力

航天科技的高速發(fā)展是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和國(guó)際地位的有力體現(xiàn)，深空探測(cè)任務(wù)因?yàn)榭破招院腿の缎暂^強(qiáng)，極其容易受到公眾關(guān)注，因此近來(lái)印度也開(kāi)始注重利用全球公眾對(duì)任務(wù)的關(guān)注來(lái)提升自身影響力。近期印度的月船-3 任務(wù)就進(jìn)行了大量的宣傳活動(dòng)，包括與月球村協(xié)會(huì)共同主辦全球推廣活動(dòng)，舉行月船-3 任務(wù)相關(guān)的全球視頻競(jìng)賽、網(wǎng)絡(luò)論壇，全球網(wǎng)絡(luò)直播月船-3 著陸全過(guò)程等，尤其是月船-3 任務(wù)著陸過(guò)程僅在YouTube 上就吸引了全球共800 萬(wàn)人在線(xiàn)觀看，印度稱(chēng)創(chuàng)下了該網(wǎng)站觀看人數(shù)前十的紀(jì)錄。本次阿迪蒂亞-L1 的發(fā)射也在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了直播，并通過(guò)推特、ISRO 網(wǎng)站等對(duì)該任務(wù)進(jìn)行了大量的宣傳。從印度這兩次深空任務(wù)的宣傳效果來(lái)看，鼓勵(lì)公眾以多種形式參與到深空探測(cè)任務(wù)中，可以起到很好的科普和宣傳效果，尤其對(duì)于激發(fā)民族自豪感和自信心、激發(fā)年輕一代對(duì)于宇宙奧秘的好奇心、提升國(guó)家影響力等具有顯著作用。