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中國又一超級工程曝光：15億“夸父計划”（圖）

2008/10/06

夸父計划-- 追逐太陽風暴的"天眼"

工程總投資：15億元左右

工程期限：2003年--2015年

中國古代有神話故事"夸父逐日"，講的是神人夸父不惜生命追趕太陽。現在，我國有了探索太陽的"夸父計划"。如果按期實施，該計划將是世界上唯一一個系統的日地空間探測計划。

什么是夸父計划

2007年10月24日，中國繞月探測衛星嫦娥一號衛星成功發射，舉國歡慶，讓國際社會對中國的深空探測能力驚嘆不已。也為‘夸父計划'再發射、測控等方面奠定了極好的基礎。

與"嫦娥計划"不同的是，"夸父計划"是鎖定太陽的深空探測計划，又稱為"空間風暴、極光和空間天氣"探測計划，由三顆衛星組成。該計划將由一顆位于日地系統第一拉格朗日點(也稱L1點，即地球與太陽之間的引力平衡點)的衛星"夸父A"和兩顆沿極軌共軛飛行的衛星"夸父B1"、"夸父B2"組成綜合觀測系統，將用于連續監測太陽劇烈活動及其導致的日地空間環境連鎖變化的全過程。

其中A星設置在距地球150萬公里的日地連線上，用來全天候監測太陽活動的發生及其伴生現象。另兩顆衛星B1和B2在地球極軌大橢圓軌道上飛行，用來監測太陽活動導致的地球近地空間環境的變化。雖然夸父衛星的對地距離比嫦娥一號衛星遠了4倍，但是嫦娥一號在測控方面所使用的50米大天線，該計划也會充分利用到。

"夸父計划"的原創性科學思想和基本概念是在2003年1月24日在國家自然科學基金委地學部"關于推動空間天氣研究座談會"上，首先由北京大學涂傳詒院士在同肖佐、張永維總師和中國科學院魏奉思教授討論的基礎上提出的。隨后，"夸父計划"預研成為由北京大學牽頭、國家自然科學基金委支持的重點項目，并有國內外有關科技專家大力支持和參與。此后，國防科工委組織了相關評審。根據國防科工委建議，以"夸父計划"為基礎，與中國科學院空間科學與應用研究中心劉振興院士建議的"風暴計划"進行了整合，叫做"夸父-太陽風暴、極光和空間天氣計划"。

"夸父計划"的科學目標是觀測空間天氣事件從太陽到地球的整體連續變化現象，揭示控制日地空間系統的基本物理過程，提高空間天氣災害預報的准確度，服務航天通訊等高科技活動。太陽擾動會導致衛星失靈，影響航天員安全，對地面各種通訊設備形成干擾。"夸父計划"能幫助人類對太陽活動進行預測預報，采取相應的防護措施。

其科學意義表現在："夸父計划"將對日地空間天氣系統的兩端--太陽大氣和地球空間--進行前所未有的時空連續、多層次的成像觀測，完成從太陽大氣到近地空間完整擾動因果鏈的探測，通過多方面的首創性監測，實現日地系統端到端的整體、連續成像觀測。并預期在日地系統的能量及擾動的耦合機制如太陽爆發先兆、太陽風的形成機制等方面取得具有重要原創意義的突破性進展。屆時，"夸父計划"將與其他空間計划一起進入以探測日地空間整體行為為標志的空間探測新紀元。

由于2012年將是下一個太陽活動峰年，2012年至2014年太陽活動將會很強烈，因此"夸父計划"三顆衛星建議在這個時間內發射，主要是為觀測到新的日地物理現象，進一步揭示日地空間風暴機理，監測行星際擾動傳播，為災害性空間環境預報提供觀測數據。初期飛行時間將為2至3年。

美國國家海洋和大氣局太空環境中心將2003年11月4日爆發的太陽耀斑確定為X28級，是人類有史以來所記錄的最大的太陽耀斑。

不容小視的太陽風暴及其危害

空間環境的組成，除了離地面５０至６０千米以下還保持是中性氣體，高空大氣則逐漸電離。從應用角度，１０００千米以下叫電離層，在更大的高度上，地球大氣完全電離，電離氣體的運動完全受地球磁場控制，叫做磁層。地球大氣之所以電離，其能量主要來自太陽輻射。地球的磁層外面就是行星際的空間，行星際空間的物質主要是從太陽外層大氣上刮出來的風，太陽風都是帶電的粒子。從太陽大氣到地球電離層組成日地空間，其間還有來自太陽和宇宙其他天體的高能帶電粒子以及磁場。

　　我們用肉眼看到的太陽，就像一個很亮的光盤。根據物理上黑體輻射的定律，由可見光發射出來的能量和光譜的形狀，這個可見光盤溫度應該約有６０００度。可實際上這只是太陽表面（即光球層）的溫度，在太陽光球層以上的地方溫度會高達１００萬度，這時它往外輻射的就是紫外、Ｘ射線、ｙ射線等。太陽表面大氣最外一層是日冕，日冕分內冕和外冕，內冕只延伸到離太陽表面約０．３個太陽半徑處，外冕則可達到几個太陽半徑甚至更遠。日冕由很稀薄的完全電離的等離子體組成。

"夸父計划"工程論証由東方紅衛星公司牽頭，會同北京大學、中國氣象局、中國科學技朮大學(與山東大學威海分校合作)、中科院空間中心等共同完成。目前，已對有效載荷對工程的要求、軌道設計、運載與發射、地面測控和測定軌、地面數據接收、衛星設計等進行了全面論証并已順利完成，主要結論是：在我國嫦娥一期的基礎上，實現"地-月"之間的測控技朮基礎已具備﹔在我國嫦娥二期和深空站建設完成之后(2011年)，"夸父計划"所需的基礎技朮條件將全部具備。

涂傳詒、肖佐等科學家已對關鍵科學探測儀器(有效載荷)的研制、夸父A星的軌道設計與實現技朮、夸父A星的深空自主運行技朮、夸父B星的高精度姿軌聯合控制實現技朮等科學問題和技朮難點進行了細致的分析。例如，夸父A所要到達的L1點位于日地連線上，距地球150萬公里，目前，只有NASA和ESA為數不多的航天器，如SOHO、ACE、ISEE等飛行器到達過L1點。

夸父A衛星選擇哪種運載工具、轉移軌道才能到達距地球約150公里的L1點﹔選擇何種方式保持衛星軌道在L1點上﹔夸父A衛星如何實施遠距離測控和通信﹔L1點通信距離上屬于深空范疇，如何在深空條件下實施對衛星的測控和數據傳輸通信......這些都是夸父A衛星實現的關鍵環節之一，也是夸父A工程要解決的首要問題。

深遠的影響

中國的"夸父計划"與美國軍方計划于2008年發射C/NOFS(通訊/導航中斷預報系統Communication/Navigation Outage Forecasting System) 衛星計划一樣，對于空間天氣預報都非常重要。夸父3顆衛星將第一次監測從太陽風到磁層的整個能量傳輸過程。它將可能解決地球空間對太陽風暴響應的過程中的一個重大問題，即大尺度的能量和質量是如何從太陽通過日地空間傳輸到磁層的。

到現在為止，只有美國在L1點上發射了太陽監測衛星(SOHO飛船)。但不同的是，中國的"夸父計划"是連續的日地系統的監測計划。夸父衛星的軌道設計成"L1+極軌"，這是一種全新的協同軌道設計。夸父B1和B2可通過成像獲得磁尾磁重聯所造成的磁層全局響應的信息，其成像可以使我們更精確地度量亞暴和磁暴期間能量的注入。

夸父計划"的實施將使我國自主深空探測距離從"嫦娥計划"的38萬公里推進到L1點的150萬公里，將使我國成為世界上第二個獨立完成L1點飛行衛星研制、發射和遠距離測控通訊任務的國家﹔同時，該計划將提升我國航天技朮基礎能力，培養和造就具備國際水准的科技與工程人才。充分展示中國"和平利用太空、為人類作貢獻"的意愿。

詞目：夸父逐日
　　拼音： kuā fǔ zhú rì
　　解釋：夸父：古傳說中的人名。夸父拼命追趕太陽，最后渴死于路上。比喻不自量力。
　　出處：《山海經﹒海外北經》
　　近義詞：夸父追日、自不量力
　　用法：作賓語、定語﹔形容自不量力。
　　示例：南朝﹒宋﹒僧愍《戎華論折顧道士夷夏論》：“真謂～，必渴死者也。”