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羲和号

羲和号

羲和号全称“太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星”（英文名称为Chinese Hα Solar Explorer ，简称CHASE），是中国第一颗太阳探测科学技术试验卫星。卫星由国家航天局负责组织管理，由中国航天科技集团有限公司第八研究院抓总研制，用户方为南京大学。

羲和号是太阳超高指向精度、超高稳定度卫星，羲和号卫星主要科学载荷为太阳空间望远镜。整星重量508公斤，设计寿命3年，运行于517公里高度、转轴倾角98度的太阳同步轨道；该轨道将经过地球的南北极，能够24小时连续对太阳进行观测。

20世纪60年代以来，国际上已陆续发射70余颗太阳专用或相关卫星。随着中国航天产业不断发展，对地观测、空间科学等各类航天任务对高性能卫星平台的需求越来越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高稳定度指标的卫星平台。2015年，羲和号的概念被提出。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H\u0026alpha;光谱成像的总体设计方案。2018年5月，方案通过卫星工程综合论证评审，并于2019年6月获得国家航天局批复立项。2021年10月14日18时51分，羲和号在太原卫星发射中心采用长征二号丁运载火箭成功发射升空。

羲和号打破了中国无太阳探测专用卫星的历史，迈出了中国太阳空间探测的重要一步，中国可以自主掌控相对精准的空间天气预报，不受他人掣肘。除太阳科学探测取得的成果外，在新型卫星技术试验方面，羲和号在国际上首次实现了主从协同非接触“双超”卫星平台技术在轨性能验证及工程应用，实现了国际首台太阳空间Hα成像光谱仪在轨应用，实现了国际首台原子鉴频太阳测速导航仪在轨验证，填补了太阳爆发源区高质量观测数据的空白。羲和号卫星的发射成功获评2021年中国天文学十大进展、中国航天十大新闻、中国太空探索十大进展等。2022年2月南京大学天文与空间科学学院羲和号卫星科学与应用系统团队”荣获科学研究突出贡献奖。

发展历程

研制背景

太阳是人类了解宇宙的一个窗口，是人类目前唯一可进行高时空分辨率和高光谱分辨率观测的恒星。通过观测和研究太阳，可以了解一些基本的天体物理过程，比如磁场的产生和演化、粒子的加速和传播、天体爆发的物理机制等。太阳也是宇宙中与人类关系最密切、对人类社会生活影响最大的一颗恒星。太阳对人类的影响特别表现在时有发生的耀斑和日冕物质抛射现象上。耀斑是太阳局部突然增亮的爆发活动。一个中等强度的耀斑，可发射出从伽马射线到无线电波段的强大辐射，总能量相当于约10亿—100亿个原子弹爆炸。日冕物质抛射则是太阳上大规模物质爆发的现象，一次爆发能把约1亿—10亿吨物质抛射到行星际空间。这两种现象是空间灾害性天气的源头，影响空间飞行器安全甚至地球上的人类生活。因此，对太阳的观测研究同时具有重要科学意义和实际应用价值。

20世纪60年代以来，国际上已陆续发射70余颗太阳专用或相关卫星。近代太阳物理的许多开拓性成果都来自于这些卫星的观测，例如太阳爆发和磁重联过程、日冕结构和加热问题、太阳风的起源和传播等。中国太阳空间探测有一定成果，如神舟二号空间天文分系统取得太阳X射线和γ射线流量数据，气象卫星风云三号E星取得在极紫外和X射线波段的成像等。但在羲和号之前，中国还未通过太阳专用卫星获得过观测数据。羲和号打破了中国无太阳探测专用卫星的历史，迈出了中国太阳空间探测的重要一步。

探测和研究太阳活动，提出应对措施，可以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。随着中国航天产业不断发展，对地观测、空间科学等各类航天任务对高性能卫星平台的需求越来越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高稳定度指标的卫星平台。

发展历程

2015年，方成院士团队与中国航天科技集团有限公司第八研究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，由此羲和号的概念被提出。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H\u0026alpha;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，方案通过卫星工程综合论证评审，并于2019年6月获得国家航天局批复立项。研制周期中卫星系统中国航天科技集团有限公司第八研究院、科学与应用系统南京大学、载荷研制单位中科院长春光机所等单位紧密配合，形成周例会制度，随时解决研发过程中的问题和短线。在研发最为困难和紧张的阶段，各系统单位每天汇报问题及进展。

2021年10月14日18时51分，羲和号在太原卫星发射中心采用长征二号丁运载火箭成功发射升空。卫星从立项到发射仅用了两年时间。

2022年1月28日，羲和号探日卫星在轨获得了太阳H-α谱线，属国际首次。同年7月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。11月，太阳探测卫星羲和号亮相第十四届中国国际航空航天博览会。同月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，国家航天局对地观测与数据中心在京组织召开了羲和号卫星在轨试验总结评审会。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，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。2024年2月16日14时53分，羲和号卫星监测位于太阳西侧的活动区13576爆发了一次X2.5级大耀斑。

命名

在国家航天局指导下，国家航天局新闻宣传办公室、中国航天科技集团有限公司第八研究院、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。

技术特点

羲和号，由中国国家航天局负责牵头卫星工程组织管理等工作，由中国航天科技集团有限公司第八研究院抓总研制，用户方为南京大学。南京大学天文与空间科学学院是该项目的发起者，也承担着卫星上科学应用系统的设计研发和运行等工作。羲和号在轨应用实现国际首台原子鉴频太阳测速导航仪在轨验证。

动静隔离非接触

羲和号卫星研制团队在国际上首次采用了“动静隔离非接触”总体设计新方法，将飞轮、太阳帆板等微振动源集中于平台舱，将太阳Hα光谱仪放置于载荷舱，并首次在轨应用磁浮控制技术和执行机构将平台舱与载荷舱进行物理隔离。“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。

载荷舱主动控制、平台舱从动控制

羲和号在国际上首次提出了“载荷舱主动控制、平台舱从动控制”的新方法，解决了两舱姿态和位置动力学耦合问题，实时、动态地将姿态控制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，实现了两舱的稳定控制。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。

卫星大功率、高可靠、高效无线能源传输

中国航天科技集团有限公司第八研究院811所研制团队经过多番论证与比对，提出了磁感应耦合式无线能量传输技术，首次在卫星上实现大功率、高可靠、高效无线能源传输技术的应用。卫星采用激光通信和微波通信两种“互为备份”的无线通信方式，在两舱之间架起5G高速通信通道，进一步提升了舱间通信的效率和可靠性。

其他技术

羲和号卫星平台从总体设计理念上打破传统固连设计思想，采用非接触磁浮作动器实现载荷舱与平台舱的动静隔离，通过主从协同设计，实现载荷舱超精超稳及两舱协同控制，解决了传统卫星载荷与平台固连设计导致的微振动难测、难控的技术瓶颈问题。与传统卫星平台相比，羲和号卫星平台的指向精度、姿态稳定度均提高了2个数量级。

羲和号上的Hα成像光谱仪在进行太阳观测时，会因不同工作方式的需要改变卫星的姿态。有时要通过9个观测点来对太阳进行平场定标，有时要控制卫星姿态对太阳进行连续的摆扫观测，有时要对卫星进行暗场定标，控制卫星姿态指向空间特定区域。当载荷舱变换姿态，平台舱也要第一时间跟着变化，避免碰撞。这种“载荷舱主动控制、平台舱从动控制”的主从协同控制解耦新方法，使得卫星有效载荷的探测更加稳定精准。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，可以获得全日面1600万个点上的4600多条光谱，每条光谱都可以被复原成一张日面像，在300余个波长点上同时获得色球和光球的二维图像，可以更加准确地获得太阳爆发时大气温度、速度等物理量的变化，进而建立太阳爆发从光球到日冕的完整物理模型。

羲和号的载荷舱、平台舱以及两舱之间相对位置的姿态控制形成了三环路控制”。羲和号是中国首次使用大功率和长寿命无线能源传输的卫星，通过无线能源传输系统，把平台舱的能量源源不断地传输至载荷舱。

性能参数

参考资料：

任务及成果

发射任务

发生平台

羲和号采用长征二号丁运载火箭发射。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。长征二号系列运载火箭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%。

发射任务

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。

探测任务

羲和号是国际首发实现空间太阳Hα波段的光谱成像探测的卫星，通过对Hα光谱数据的分析，可以从光球层到色球层，获取太阳低层大气的信息，从而推演太阳爆发时的大气温度、速度等物理量的变化，研究太阳爆发的动力学过程和物理机制。羲和号的全名“太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星”也道出它的两方面任务：科学观测和技术试验。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。

羲和号的研究目标是太阳低层大气，即光球层和色球层的动力学过程，以及太阳爆发活动的物理机制。太阳的光球层是肉眼可见的部分，在光球层上面大约2000公里的范围内，则是太阳的色球层。羲和号通过其主要科学载荷Hα成像光谱仪，专门观测光球层和色球层，在国际上首次实现了全日面Hα波段的光谱成像。Hα是氢原子的一条人眼可见的、红色的谱线。对于太阳物理研究而言，Hα谱线十分重要。它的线心反映了色球层的信息，线翼反映了光球层的信息。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，相当于给太阳大气做了一次CT扫描。

研究成果

羲和号国际首次在轨获取太阳Hα谱线、SiⅠ谱线和FeⅠ谱线，得到了完整的谱线轮廓。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。

羲和号每天都在按照既定任务计划开展科学观测，已经观测到了近百个太阳爆发活动，相关研究工作正在开展，科学数据已向全球开放共享。2022年1月28日，国务院新闻办发布《2021中国的航天》白皮书，羲和号登天探日经过三个多月的在轨测试和实验，已经完成了卫星平台技术验证40多次，对太阳进行了探测成像290多次，卫星的平台及有关载荷工作稳定正常，功能和性能满足研制总要求。8月30日，国家航天局发布中国首颗太阳探测科学技术试验卫星羲和号探日成果。羲和号成功发射近一年来，国家航天局组织中国航天科技集团、南京大学等工程任务团队，开展卫星平台超高指向精度、超高稳定度技术试验300余次，太阳光谱成像1000余次，圆满完成了该卫星在轨测试和试验工作，取得了重要科研成果，创下5个国际首次，包括国际首次实现了对太阳Hα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。

2023年10月18日，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。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。

南京大学太阳物理团队基于羲和号全日面光谱成像，分别构建了一个太阳暗条和一个日珥的三维速度场。该研究成功再现了暗条、日珥等离子体物质的膨胀、抛射、回落、旋转和分裂等现象。相关成果2024年2月刊发于国际学术期刊《天体物理学杂志快报》。在此次研究中，团队分析了2022年8月17日的日珥爆发和2023年5月8日的暗条爆发数据。研究发现，这次的太阳暗条经过膨胀和上升阶段后，最终以逆时针旋转的方式回落到日面上，是一次失败的爆发；而日珥则在经历膨胀、上升、旋转和分裂后，以160千米/秒的速度在倾斜于天空平面22度的方向上成功抛射出去。

南京大学与中国科学院云南天文台、中国航天科技集团第八研究院的科研人员通过分析“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。2024年6月13日在国际学术期刊《自然·天文学》发表了相关论文。

运行记录

羲和号卫星在轨稳定运行，各项技术指标达到预期，实现了国际首次太阳Hα波段光谱成像的空间观测，光谱分辨率和时间分辨率均达到国际先进水平，为研究太阳低层大气动力学和太阳爆发物理机制提供了关键数据。羲和号卫星完成了一系列在轨调试，空间分辨率大幅度提高。自此，可提供高光谱分辨率（0.024 Å/pixel）、高空间分辨率（~1 arcsec）和高时间分辨率(~1 minute)的光谱扫描成像数据。

意义与价值

中国前期的空间天气预报都是从国外获取的，获得的数据较为延迟，而且真实性难以保证，非常被动。羲和号这样的太阳探测卫星接续被送上天后，中国将可以自主掌控相对精准的空间天气预报，不受他人掣肘。除了科学探测成果，在新型卫星技术试验方面，羲和号在国际上首次实现了主从协同非接触“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。

卫星顺利发射后，为进一步完成太阳观测任务，实现既定科学目标，项目团队不断完善科学与应用系统的软硬件建设。硬件方面，完成了太阳科学数据中心建设，存储空间达到6PB，计算能力达到102万亿次每秒。软件方面，通过实验室定标、外场测试、在轨实测，完成了数据科学标定系列程序和数据发布系统。人员方面，形成了5名教师加5名研究生的研发队伍。此外，科学与应用系统还牵头组建了羲和号卫星国际科学委员会，以促进卫星成果产出、共享和应用。

除太阳科学探测取得的成果外，在新型卫星技术试验方面，羲和号在国际上首次实现了主从协同非接触“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，实现了国际首台太阳空间Hα成像光谱仪在轨应用，实现了国际首台原子鉴频太阳测速导航仪在轨验证。光谱分辨率优于0.0024纳米；国际首次实现了在轨高精度原子鉴频太阳测速导航仪在轨验证，测速精度优于2米/秒，填补了太阳爆发源区高质量观测数据的空白。羲和号卫星在轨开展的相关试验，是国际上第一次在太空进行Hα谱线研究，有望获得有国际影响力的科学产出，将显著提高中国在太阳物理领域的国际影响力。

卫星空间太阳Hα波段的光谱成像探测可一次实现三大科学目标：观测太阳耀斑和日冕物质抛射的光球及色球表现，揭示太阳爆发的源区动态特性和触发机制；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；获取全日面Hα波段克里斯蒂安·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。