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來源：互聯網

羲和號全稱“太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學技術試驗衛星”（英文名稱為Chinese Hα Solar Explorer，簡稱CHASE），是中國第一顆太陽探測科學技術試驗衛星。衛星由國家航天局負責組織管理，由中國航天科技集團有限公司第八研究院抓總研制，用戶方為南京大學。

羲和號是太陽超高指向精度、超高穩定度衛星，羲和號衛星主要科學載荷為太陽空間望遠鏡。整星重量508公斤，設計壽命3年，運行于517公里高度、轉軸傾角98度的太陽同步軌道；該軌道將經過地球的南北極，能夠24小時連續對太陽進行觀測。

20世紀60年代以來，國際上已陸續發射70余顆太陽專用或相關衛星。隨著中國航天產業不斷發展，對地觀測、空間科學等各類航天任務對高性能衛星平臺的需求越來越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高穩定度指標的衛星平臺。2015年，羲和號的概念被提出。經過三年多的科學論證和方案設計，確定了雙超衛星平臺附加Hα光譜成像的總體設計方案。2018年5月，方案通過衛星工程綜合論證評審，并于2019年6月獲得國家航天局批復立項。2021年10月14日18時51分，羲和號在太原衛星發射中心采用長征二號丁運載火箭成功發射升空。

羲和號打破了中國無太陽探測專用衛星的歷史，邁出了中國太陽空間探測的重要一步，標志著中國步入空間探日時代。中國可以自主掌控相對精準的空間天氣預報，不受他人掣肘。除太陽科學探測取得的成果外，在新型衛星技術試驗方面，羲和號在國際上首次實現了主從協同非接觸“雙超”衛星平臺技術在軌性能驗證及工程應用，實現了國際首臺太陽空間Hα成像光譜儀在軌應用，實現了國際首臺原子鑒頻太陽測速導航儀在軌驗證，填補了太陽爆發源區高質量觀測數據的空白。羲和號衛星的發射成功獲評2021年中國天文學十大進展、中國航天十大新聞、中國太空探索十大進展等。2022年2月南京大學天文與空間科學學院羲和號衛星科學與應用系統團隊”榮獲南京大學科學研究突出貢獻獎。

發展歷程

研制背景

太陽是人類了解宇宙的一個窗口，是人類目前唯一可進行高時空分辨率和高光譜分辨率觀測的恒星。通過觀測和研究太陽，可以了解一些基本的天體物理過程，比如磁場的產生和演化、粒子的加速和傳播、天體爆發的物理機制等。太陽也是宇宙中與人類關系最密切、對人類社會生活影響最大的一顆恒星。太陽對人類的影響特別表現在時有發生的耀斑和日冕物質拋射現象上。耀斑是太陽局部突然增亮的爆發活動。一個中等強度的耀斑，可發射出從伽馬射線到無線電波段的強大輻射，總能量相當于約10億—100億個原子彈爆炸。日冕物質拋射則是太陽上大規模物質爆發的現象，一次爆發能把約1億—10億噸物質拋射到行星際空間。這兩種現象是空間災害性天氣的源頭，影響空間飛行器安全甚至地球上的人類生活。因此，對太陽的觀測研究同時具有重要科學意義和實際應用價值。

20世紀60年代以來，國際上已陸續發射70余顆太陽專用或相關衛星。近代太陽物理的許多開拓性成果都來自于這些衛星的觀測，例如太陽爆發和磁重聯過程、日冕結構和加熱問題、太陽風的起源和傳播等。中國太陽空間探測有一定成果，如神舟二號空間天文分系統取得太陽X射線和γ射線流量數據，氣象衛星風云三號E星取得在極紫外和X射線波段的成像等。但在羲和號之前，中國還未通過太陽專用衛星獲得過觀測數據。羲和號打破了中國無太陽探測專用衛星的歷史，邁出了中國太陽空間探測的重要一步。

探測和研究太陽活動，提出應對措施，可以降低或規避對地球的不利影響。中國作為航天大國，及時開展太陽探測活動，十分必要。隨著中國航天產業不斷發展，對地觀測、空間科學等各類航天任務對高性能衛星平臺的需求越來越迫切，尤其是具有超高指向精度、超高穩定度指標的衛星平臺。

發展歷程

2015年，方成院士團隊與中國航天科技集團有限公司第八研究院聯合提出基于一個超高指向精度和超高穩定度的衛星平臺開展高精度太陽觀測的思路，由此羲和號的概念被提出。經過三年多的科學論證和方案設計，確定了雙超衛星平臺附加Hα光譜成像的總體設計方案，明確了衛星的科學目標和技術指標。

2018年5月，方案通過衛星工程綜合論證評審，并于2019年6月獲得國家航天局批復立項。研制周期中衛星系統中國航天科技集團有限公司第八研究院、科學與應用系統南京大學、載荷研制單位中科院長春光機所等單位緊密配合，形成周例會制度，隨時解決研發過程中的問題和短線。在研發最為困難和緊張的階段，各系統單位每天匯報問題及進展。

2021年10月14日18時51分，羲和號在太原衛星發射中心采用長征二號丁運載火箭成功發射升空，成為中國首顆太陽探測科學技術試驗衛星。衛星從立項到發射僅用了兩年時間。

2022年1月28日，羲和號探日衛星在軌獲得了太陽H-α譜線，屬國際首次。同年7月首次同時獲得了太陽全日面Hα譜線、Si I譜線和Fe I譜線的精細結構和光譜成像，以及幾十個太陽耀斑的資料。11月，太陽探測衛星羲和號亮相第十四屆中國國際航空航天博覽會。2022年11月16日，在中國天文學會成立百年紀念大會上，“羲和號”首席科學家、南京大學星教授丁明德透露，同月羲和號再獲兩項重要發現，即同時測量到太陽光球和色球的較差自轉以及成功捕捉到一次罕見的X1級大耀斑。

2023年2月17日，國家航天局對地觀測與數據中心在京組織召開了羲和號衛星在軌試驗總結評審會。與會專家認為，羲和號衛星完成了全部在軌試驗項目，實現了“雙超”平臺試驗和科學載荷試驗的工程目標，獲取的數據有力支撐了太陽Hα光譜科學研究，完成了搭載載荷原子鑒頻太陽導航儀在軌驗證，衛星工程各項技術指標均滿足工程研制建設總要求。

2023年10月18日，“羲和號”已在軌穩定運行兩周年，產生超過400TB（太字節）的高質量科學數據和一系列原創性科研成果，將有力支撐太陽大氣動力學研究。2024年2月16日14時53分，羲和號衛星監測位于太陽西側的活動區13576爆發了一次X2.5級大耀斑。

命名

2021年衛星發射前，為進一步鼓勵公眾特別是青少年關注航天，傳播航天精神，激發探索熱情，在國家航天局指導下，國家航天局新聞宣傳辦公室、中國航天科技集團有限公司第八研究院、南京大學聯合組織發起了首顆太陽探測科學技術試驗衛星征名活動，收到萬余份命名方案，經過征集、遴選和專家推介三個環節，最終定名羲和號。羲和為中國上古神話中的太陽女神與制定時歷的女神，并以太陽母親的形象為人們所認知。此名取義“效法羲和馭天馬，志在長空牧群星”，象征中國對太陽探索的緣起與拓展。

技術特點

羲和號，由中國國家航天局負責牽頭衛星工程組織管理等工作，由中國航天科技集團有限公司第八研究院抓總研制，用戶方為南京大學。南京大學天文與空間科學學院是該項目的發起者，也承擔著衛星上科學應用系統的設計研發和運行等工作。羲和號在軌應用實現國際首臺原子鑒頻太陽測速導航儀在軌驗證。

動靜隔離非接觸

羲和號衛星研制團隊在國際上首次采用了“動靜隔離非接觸”總體設計新方法，將飛輪、太陽帆板等微振動源集中于平臺艙，將太陽Hα光譜儀放置于載荷艙，并首次在軌應用磁浮控制技術和執行機構將平臺艙與載荷艙進行物理隔離。“雙超”衛星平臺打破傳統衛星平臺微振動“難測、難控”的技術瓶頸，采用磁浮控制技術，將平臺與載荷的物理接觸徹底隔絕，確保載荷成像不受平臺擾動的影響，讓其拍照“更穩、更準”，將中國衛星平臺的姿態控制水平提升了1至2個數量級，達到國際先進水平。

載荷艙主動控制、平臺艙從動控制

羲和號在國際上首次提出了“載荷艙主動控制、平臺艙從動控制”的新方法，解決了兩艙姿態和位置動力學耦合問題，實時、動態地將姿態控制力和位置控制力分配至對應的大帶寬超高精度磁浮作動器，實現了兩艙的穩定控制。通過超高指向精度和超高穩定度的雙超平臺，裝載Hα成像光譜儀的羲和號可以較好地通過兩種方式觀測太陽：白光連續譜成像和光譜掃描成像。

衛星大功率、高可靠、高效無線能源傳輸

中國航天科技集團有限公司第八研究院811所研制團隊經過多番論證與比對，提出了磁感應耦合式無線能量傳輸技術，首次在衛星上實現大功率、高可靠、高效無線能源傳輸技術的應用。衛星采用激光通信和微波通信兩種“互為備份”的無線通信方式，在兩艙之間架起5G高速通信通道，進一步提升了艙間通信的效率和可靠性。

其他技術

羲和號衛星平臺從總體設計理念上打破傳統固連設計思想，采用非接觸磁浮作動器實現載荷艙與平臺艙的動靜隔離，通過主從協同設計，實現載荷艙超精超穩及兩艙協同控制，解決了傳統衛星載荷與平臺固連設計導致的微振動難測、難控的技術瓶頸問題。與傳統衛星平臺相比，羲和號衛星平臺的指向精度、姿態穩定度均提高了2個數量級。

羲和號上的Hα成像光譜儀在進行太陽觀測時，會因不同工作方式的需要改變衛星的姿態。有時要通過9個觀測點來對太陽進行平場定標，有時要控制衛星姿態對太陽進行連續的擺掃觀測，有時要對衛星進行暗場定標，控制衛星姿態指向空間特定區域。當載荷艙變換姿態，平臺艙也要第一時間跟著變化，避免碰撞。這種“載荷艙主動控制、平臺艙從動控制”的主從協同控制解耦新方法，使得衛星有效載荷的探測更加穩定精準。在光譜掃描成像模式下，羲和號搭載的Hα成像光譜儀通過對太陽全日面掃描，歷時約46秒，可以獲得全日面1600萬個點上的4600多條光譜，每條光譜都可以被復原成一張日面像，在300余個波長點上同時獲得色球和光球的二維圖像，可以更加準確地獲得太陽爆發時大氣溫度、速度等物理量的變化，進而建立太陽爆發從光球到日冕的完整物理模型。

羲和號的載荷艙、平臺艙以及兩艙之間相對位置的姿態控制形成了三環路控制”。羲和號是中國首次使用大功率和長壽命無線能源傳輸的衛星，通過無線能源傳輸系統，把平臺艙的能量源源不斷地傳輸至載荷艙。

性能參數

參考資料：

任務及成果

發射任務

發生平臺

羲和號采用長征二號丁運載火箭發射。長征二號丁運載火箭是上海航天技術研究院研制的，用于發射近地軌道和太陽同步軌道中小型有效載荷的兩級液體運載火箭，于1992年8月成功地進行了首次發射。長征二號丁運載火箭是在長征四號運載火箭的第一、二級基礎上研制，起飛推力達300噸，具備地球同步軌道（LEO）和太陽同步軌道（SSO）要求的單星、多星發射能力，對應700千米太陽同步軌道運載能力為1.3噸，具有高可靠、高安全、低成本、短周期發射等特點。長征二號系列運載火箭丁火箭先后承擔了中國國內外多型衛星的發射任務，入軌精度高，表現優異，發射成功率100%。

發射任務

2021年10月14日18時51分，中國在太原衛星發射中心采用長征二號丁運載火箭，成功發射了首顆太陽探測科學技術試驗衛星羲和號。本次任務還搭載了10顆小衛星，分別為亞太空間合作組織（APSCO）的2顆政府間合作微小衛星：大學生小衛星-1、大學生小衛星-2A，主要開展盤繞式伸展臂展開、星基廣播式監視及星間通信等技術驗證。亞太空間合作組織是中國發起成立的第一個高技術領域國際組織，此次任務是該組織成立以來首次發射衛星。此外，本次發射還搭載了8顆商業微小衛星。

探測任務

羲和號是國際首發實現空間太陽Hα波段的光譜成像探測的衛星，通過對Hα光譜數據的分析，可以從光球層到色球層，獲取太陽低層大氣的信息，從而推演太陽爆發時的大氣溫度、速度等物理量的變化，研究太陽爆發的動力學過程和物理機制。羲和號的全名“太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學技術試驗衛星”也道出它的兩方面任務：科學觀測和技術試驗。羲和號衛星還將在軌驗證無線能源傳輸、艙間無線通信、艙間激光通信、重復連接釋放、艙間電纜脫落與收納、原子鑒頻太陽導航儀等多項新技術和新產品。

羲和號的研究目標是太陽低層大氣，即光球層和色球層的動力學過程，以及太陽爆發活動的物理機制。太陽的光球層是肉眼可見的部分，在光球層上面大約2000公里的范圍內，則是太陽的色球層。羲和號通過其主要科學載荷Hα成像光譜儀，專門觀測光球層和色球層，在國際上首次實現了全日面Hα波段的光譜成像。Hα是氫原子的一條人眼可見的、紅色的譜線。對于太陽物理研究而言，Hα譜線十分重要。它的線心反映了色球層的信息，線翼反映了光球層的信息。如果提高儀器光譜分辨率，將這條譜線細分，可以獲得光球層和色球層不同高度處的太陽圖像，相當于給太陽大氣做了一次CT掃描。

研究成果

羲和號國際首次在軌獲取太陽Hα譜線、SiⅠ譜線和FeⅠ譜線，得到了完整的譜線輪廓。根據這些譜線的精細結構，可反演出高精度的全日面色球和光球多普勒速度場，發生在太陽大氣中的活動可被詳細記錄到，進而研究太陽活動的物理過程。

羲和號每天都在按照既定任務計劃開展科學觀測，已經觀測到了近百個太陽爆發活動，相關研究工作正在開展，科學數據已向全球開放共享。2022年1月28日，國務院新聞辦發布《2021中國的航天》白皮書，羲和號登天探日經過三個多月的在軌測試和實驗，已經完成了衛星平臺技術驗證40多次，對太陽進行了探測成像290多次，衛星的平臺及有關載荷工作穩定正常，功能和性能滿足研制總要求。8月30日，國家航天局發布中國首顆太陽探測科學技術試驗衛星羲和號探日成果。羲和號成功發射近一年來，國家航天局組織中國航天科技集團、南京大學等工程任務團隊，開展衛星平臺超高指向精度、超高穩定度技術試驗300余次，太陽光譜成像1000余次，圓滿完成了該衛星在軌測試和試驗工作，取得了重要科研成果，創下5個國際首次，包括國際首次實現了對太陽Hα波段的光譜掃描成像，記錄了太陽活動在光球層和色球層的響應過程，通過一次掃描，可獲取376個波長位置的太陽圖像，不同波長對應了光球和色球不同層次的太陽大氣。

2023年10月18日，羲和號已在軌穩定運行兩周年，產生超過400TB（太字節）的高質量科學數據和一系列原創性科研成果，將有力支撐太陽大氣動力學研究。11月1日，集合全日面光譜掃描成像制作而成的視頻發布，展示了“羲和”探日觀測到的太陽表面各種爆發的壯觀景象。

南京大學太陽物理團隊基于羲和號全日面光譜成像，分別構建了一個太陽暗條和一個日珥的三維速度場。該研究成功再現了暗條、日珥等離子體物質的膨脹、拋射、回落、旋轉和分裂等現象。相關成果2024年2月刊發于國際學術期刊《天體物理學雜志快報》。在此次研究中，團隊分析了2022年8月17日的日珥爆發和2023年5月8日的暗條爆發數據。研究發現，這次的太陽暗條經過膨脹和上升階段后，最終以逆時針旋轉的方式回落到日面上，是一次失敗的爆發；而日珥則在經歷膨脹、上升、旋轉和分裂后，以160千米/秒的速度在傾斜于天空平面22度的方向上成功拋射出去。

2024年6月13日，南京大學與中國科學院云南天文臺、中國航天科技集團第八研究院的科研人員通過分析“羲和號”的觀測數據，精確繪制出國際首個太陽大氣自轉的三維圖像。2024年6月13日在國際學術期刊《自然·天文學》發表了相關論文。

運行記錄

羲和號衛星在軌穩定運行，各項技術指標達到預期，實現了國際首次太陽Hα波段光譜成像的空間觀測，光譜分辨率和時間分辨率均達到國際先進水平，為研究太陽低層大氣動力學和太陽爆發物理機制提供了關鍵數據。羲和號衛星完成了一系列在軌調試，空間分辨率大幅度提高。自此，可提供高光譜分辨率（0.024 ?/pixel）、高空間分辨率（~1 arcsec）和高時間分辨率(~1 minute)的光譜掃描成像數據。

意義與價值

中國前期的空間天氣預報都是從國外獲取的，獲得的數據較為延遲，而且真實性難以保證，非常被動。羲和號這樣的太陽探測衛星接續被送上天后，中國將可以自主掌控相對精準的空間天氣預報，不受他人掣肘。除了科學探測成果，在新型衛星技術試驗方面，羲和號在國際上首次實現了主從協同非接觸“雙超”（超高指向精度、超高穩定度）衛星平臺技術在軌性能驗證及工程應用。

衛星順利發射后，為進一步完成太陽觀測任務，實現既定科學目標，項目團隊不斷完善科學與應用系統的軟硬件建設。硬件方面，完成了太陽科學數據中心建設，存儲空間達到6PB，計算能力達到102萬億次每秒。軟件方面，通過實驗室定標、外場測試、在軌實測，完成了數據科學標定系列程序和數據發布系統。人員方面，形成了5名教師加5名研究生的研發隊伍。此外，科學與應用系統還牽頭組建了羲和號衛星國際科學委員會，以促進衛星成果產出、共享和應用。

除太陽科學探測取得的成果外，在新型衛星技術試驗方面，羲和號在國際上首次實現了主從協同非接觸“雙超”（超高指向精度、超高穩定度）衛星平臺技術在軌性能驗證及工程應用，實現了國際首臺太陽空間Hα成像光譜儀在軌應用，實現了國際首臺原子鑒頻太陽測速導航儀在軌驗證。光譜分辨率優于0.0024納米；國際首次實現了在軌高精度原子鑒頻太陽測速導航儀在軌驗證，測速精度優于2米/秒，填補了太陽爆發源區高質量觀測數據的空白。羲和號衛星在軌開展的相關試驗，是國際上第一次在太空進行Hα譜線研究，有望獲得有國際影響力的科學產出，將顯著提高中國在太陽物理領域的國際影響力。

衛星空間太陽Hα波段的光譜成像探測可一次實現三大科學目標：觀測太陽耀斑和日冕物質拋射的光球及色球表現，揭示太陽爆發的源區動態特性和觸發機制；觀測太陽暗條形成和演化過程的色球表現，揭示其與太陽爆發的內在聯系；獲取全日面Hα波段克里斯蒂安·多普勒速度分布，研究太陽低層大氣動力學過程，為解決“太陽爆發由里及表能量傳輸全過程物理模型”等科學問題提供重要支撐。

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發展歷程

研制背景

發展歷程

命名

技術特點

動靜隔離非接觸

載荷艙主動控制、平臺艙從動控制

衛星大功率、高可靠、高效無線能源傳輸

其他技術

性能參數

任務及成果

發射任務

發生平臺

發射任務

探測任務

研究成果

運行記錄

意義與價值

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獲得榮譽

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