据有关消息：连绵的雨，也让地面观测太阳的光学天文望远镜，只能关上天窗“休息”。有没有办法让太阳天天见呢？为了能连续不断地对太阳进行观测，中国科学家正全力以赴推进太阳探测卫星计划。根据计划，我国第一颗太阳探测综合卫星—ASO-S有望在2021年底前后射入轨道，以完整记录太阳活动，观测太阳的“一磁两暴”。
△正在组装的 ASO-S 太阳硬 X 射线成像仪工程样机
ASO-S是什么，它有些什么秘密？近日，现代快报记者跟随ASO-S卫星首席科学家甘为群研究员，走进位于中国科学院紫金山天文台的实验室。
去太空，首次实现一星三“镜”组合“飞天”
ASO-S（Advanced Space-based Solar Observatory）是先进天基太阳天文台简称，是我国太阳物理界在2011年自主提出的太阳空间探测卫星计划，也是中国首颗太阳探测卫星。
△ASO-S卫星首席科学家甘为群研究员
甘为群介绍说，早在1976年，中国就尝试制造第一颗太阳观测卫星，由于种种原因，直到整整44年后的今天，中国仍没有自己的太阳“专属”探测卫星上天。“从上世纪六十年代以来，世界各国先后发射了70多颗太阳探测相关卫星进入太空。中国的太阳物理研究位居世界第二，但用的都是‘别人家’的数据。”甘为群说，让中国自己的太阳卫星“飞天”迫在眉睫。
不过，让太阳卫星上天不是一件容易的事。“科学卫星研制是一个大的系统工程，在我国刚刚起步，涉及人员众多，需要相关各行业的科技工作者共同努力，除了卫星上有效载荷研制，还需要运载系统、发射场系统、测控系统、卫星系统、地面支撑系统、科学应用系统的配合，这些系统的高效运作显然还需要一个强有力的指挥和协调系统”。
甘为群研究员告诉现代快报记者，2017年底，中国科学院批复ASO-S卫星正式工程立项，经过16个月努力，团队攻克了项目中一系列关键技术难题，2019年年中卫星顺利由方案设计阶段转至工程初样阶段，方案阶段表现和初样阶段进展被评为2019 年度“中国天文十大科技进展”之一。
“太阳上的物理现象十分丰富，其中太阳耀斑和日冕物质抛射是太阳上两类最剧烈的爆发现象，对地球空间环境的破坏性最大。现在一般认为，这两种现象均是由太阳磁场引起的。”甘为群介绍说，ASO-S的科学目标，就是要观测和研究太阳磁场、太阳耀斑、日冕物质抛射三者之间的关系，简称“一磁两暴”。
为实现这一目标，ASO-S上将搭载3个三台望远镜：太阳全日面矢量磁像仪、莱曼阿尔法太阳望远镜和太阳硬X射线成像仪。它们将分别用来观测太阳磁场、耀斑和日冕物质抛射。
科技感十足，91对“小细眼”去观测X射线
在紫金山天文台实验室，现代快报记者见到了太阳硬 X 射线成像仪的工程样机，这台样机主要是用来验证“望远镜”的基本工作原理及性能。
△ASO-S 太阳硬 X 射线成像仪工程样机上的91对光栅宽窄不同
和光学望远镜不同，实验台上的太阳硬 X 射线成像仪主体部分是一个长达1米多的方形钛合金框架，框架上有一个个的圆孔。这些圆孔都是用来接光栅的，上面一共有91对互相呼应的光栅，它们相当于是望远镜的镜头。“这个镜头设计的主要难点在光栅的制作和对应光栅之间的准直校调”。负责这台仪器研制的张哲副研究员介绍，91对光栅宽窄不同，最窄的仅有18微米（1微米为1毫米的千分之一），装配时必须要确保两个光栅在一米多的距离上对准对齐，还不能受环境变化，否则就无法成像；此外，该仪器的光栅厚度有要求，制作难度大，每个光栅都是由数十层叠加而成，其中最窄的1对光栅光成本就在百万人民币量级。
△ASO-S 太阳硬X射线成像仪准直器（原理样机）
记者了解到，每对光栅后端还将安装量能器，相当于相机的感光元件，然后连接电控箱，将采集到的数据传到星上计算机。为了确定X射线源的位置，框架后端还安装了可见光相机，通过拍摄太阳来定位。
△ASO-S 太阳硬X射线成像仪量能器（工程样机）
与地面仪器不同，卫星升空过程中会带来震动、加速度、温度、真空等变化，所以该望远镜不仅采用的是钛合金框架，而且装有多个热控贴点，通过热控设计可以将望远镜的前后端温差控制在1度以内。该工程样机还需要在中国科学院上海微小卫星创新研究院的ASO-S卫星系统经过各类环境模拟测试，最终上天的仪器将完全按初样件复制。
据悉，太阳硬 X 射线成像仪是卫星上三台仪器中尺寸最大的一台，设计的卫星总重近1吨，三台望远镜总重为 300多公斤。按照目前进展情况，该卫星可望按计划在2021年底前后发射，卫星设计寿命不少于4年。
不怕阴雨天，卫星上看到的是“永不下山”的太阳
把望远镜送到太空去观测不仅可以避免地球大气层的影响，更主要地是拓展了观测波段范围，增加了观测时间。ASO-S卫星拟采用高度为720公里、周期约为90分钟的太阳同步晨昏轨道。
甘为群研究员告诉记者，这样的轨道设计可以保证几乎不间断的连续对太阳进行观测，每年只有5月中旬到8月约2个半月的时间存在阴影，最长阴影时间约18分钟。通俗的说，就是只有这两个多月期间，卫星每次绕地球一圈的90分钟时间内，会有几分钟（最长18分钟）无法观测太阳。
“我们这颗太阳探测卫星发射成功后，预计每天将发送大约500GB的数据至中国科学院国家空间科学中心的ASO-S地面支撑系统，数据经过简单处理后被传送至紫金山天文台的ASO-S科学应用系统，数据经过一系列的处理，及时地变成科学级数据，存储在ASO-S数据库，连同数据分析软件，都会适时公布在ASO-S网站上，供国内外用户使用。前期我们已经在国际上开展了宣传，我们希望利用ASO-S数据开展太阳物理前沿研究的人越多越好”。甘为群研究员表示，ASO-S数据秉承共享理念，不设门槛，普通公众也可以进入网站查看数据，同时还会基于ASO-S观测设有专门的科普栏目。
太阳有暴脾气？提前预报灾害
在太阳系里，太阳是“内心戏”很足的星球，会耍脾气，会“打喷嚏”，爆发太阳耀斑、日冕物质抛射等。
△太阳表面有日珥 许军 摄
别看太阳只是打个“喷嚏”而已，却会引发灾害性空间天气事件。在人类历史的记载中，对地球造成影响最大的太阳耀斑事件是发生在1859年的卡林顿事件，使电报系统都着了火，整个地球包括赤道地区都看到了极光。这次事件如果发生在今天，将会重创各种现代化系统，大量的设施设备将会瘫痪或损坏，至少造成数万亿美元的损失，而恢复可能需要很长的时间。此外，太阳耀斑也会对地球轨道上的卫星和空间站的宇航员形成巨大威胁，不过由于地球磁场的保护，地球上的生命并不会受到太阳耀斑的严重威胁，但会严重影响供水、供电、能源（输油管道）、交通、通讯等基础设施。
△太阳黑子 许军 摄
甘为群研究员表示，作为我国第一颗太阳探测综合卫星，我们对ASO-S卫星的科学成果充满期待，弄清太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射三者之间的因果关系，也将为严重影响人类生存环境的空间天气提供预报的物理基础。
记者了解到，目前国际上的空间天气预报水平相当于上世纪60、70年代的天气预报水平，我们也期待通过ASO-S的成功发射和运行，空间天气预报能上一个新的台阶，这样我们就可以更好地应对太阳爆发对地球产生的灾害，造福全人类。
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