这些科学卫星,撑起了我国空间科学的一片天

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科学卫星主要包括空间物理探测卫星、天文卫星、生物卫星和空间微重力试验卫星等，自“东方红一号”卫星1970年发射后至今，中国的科学卫星发射事业也经历了从无到有，从有到专，从专到实的过程。其中用于支撑基础科学前沿探索的科学卫星的数量也有着明显增加。

暗物质卫星“悟空”



2015年12月17日“悟空”成功发射，是中国科学院空间科学战略性先导科技专项中首批立项研制的4颗科学实验卫星之一，它能够通过高空间分辨、宽能谱段观测高能电子和伽马射线，寻找和研究暗物质粒子，是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。



“悟空”发射全过程

其观测能段是国际空间站阿尔法磁谱仪的10倍，能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。这枚1.9吨重的卫星是中国科学卫星系列的首发星，有望探测到暗物质湮灭或衰变的证据。

“悟空”的“火眼金睛”包含塑闪列阵探测器、硅列阵探测器、BGO能量器和中子探测器四个子载荷，能探测高能粒子的能量、方向和电荷。

一年多来，“悟空”发回了20亿个有效高能粒子数据，并成功绘制出一张全天伽马射线图，这是国际上仅有的3幅GeV辐射天图之一；

“实践十号”



2016年4月，我国成功发射首颗微重力返回式科学实验卫星“实践十号”，它是中科院空间科学先导专项中首批确定的5颗科学卫星之一，是开展微重力科学和空间生命科学研究的高效、开放、综合性的空间实验平台。



“实践十号”发射成功

将在轨道上利用太空微重力等特殊环境，完成19项科学实验，涉及微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应、重力生物效应、空间生物技术共六大领域。

其中，科研人员首次开展了微重力条件下的造血干细胞和神经干细胞三维培养研究、哺乳动物早期胚胎发育研究等空间生命科学研究，将为人类疾病的有效预防以及长期空间活动的生殖发育健康和繁衍等提供科学依据。



家蚕培养地面匹配试验



微重力条件下哺乳动物早期胚胎发育研究装置（胚胎培养箱）




用于空间材料生长研究的空间多功能材料合成炉

“墨子号”



2016年8月16日，我国自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星“墨子号”成功发射，主要应用目标是通过卫星和地面站之间的量子密钥分发，实现星地量子保密通信，并通过卫星中转实现可覆盖全球的量子保密通信。



在轨测试期间，“墨子号”可以在千公里外的外太空，以10kbps（比特率）的速率给地面站分发量子密钥，比地面同距离光纤量子通信水平提高了15个数量级以上；全面完成了卫星平台测试、有效载荷自测试、天地一体化链路测试，卫星平台和有效载荷工作一切正常，成功构建了星地单向、星地双向、地星单向量子信道，系统信道效率、时间同步精度、跟踪瞄准精度均超过系统指标要求，可以满足空间量子科学实验的要求。



在圆满完成4个月的在轨测试任务后，正式交付给用户单位：中国科学技术大学、中科院微小卫星创新研究院、西安卫星测控中心、中科院国家空间科学中心使用。

碳卫星



2016年12月22日在酒泉成功发射，这颗卫星搭载了一体化设计的高光谱二氧化碳探测仪以及起辅助作用的多谱段云与气溶胶探测仪两台科学载荷，将观察重点地区乃至全球的大气中二氧化碳浓度1%的细微变化。



碳卫星载荷系统

利用高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪等探测设备，通过地面数据接收、处理与验证系统，定期获取不同季节、不同地区的二氧化碳排放量数据，形成全球二氧化碳分布图，有效开展气候变化研究和应对等。是我国首颗用于监测全球大气二氧化碳含量的科学实验卫星。



碳卫星示意图

硬X射线调制望远镜卫星



“硬X射线调制望远镜卫星”是一颗工作于硬X射线能区(1～250千电子伏特)的空间高能天文卫星，用于完成深度巡天，可发现大量巨型黑洞、大批硬X射线天体和一系列天体高能辐射新现象，绘出高精度的硬X射线天图。



我国“硬X射线调制望远镜”在轨运行示意图。

该卫星具有比欧洲“国际γ射线天体物理实验台”、美国“雨燕”更强大的成像能力和独一无二的定向观测能力，能以最高灵敏度和分辨率发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和其他未知类型高能天体,并研究宇宙硬X射线背景的性质。

其具有独特的观测黑洞、中子星等高能天体多波段快速光变的能力，可观测黑洞、中子星、超新星爆发等。这将是中国自主研发的第一颗空间X射线天文卫星，预计今年发射。

嫦娥五号



按计划，8.2吨重的嫦娥五号预计将于2017年12月，由我国目前推力最大的长征五号运载火箭从中国文昌航天发射场进行发射。

嫦娥五号包括轨道器、返回器、上升器、着陆器四部分。到达月球轨道后，轨道器和返回器绕月飞行，着陆器和上升器在月面降落。着陆器用所搭载的采样装置在月面采样后，装入上升器所携带的容器里。

此次任务有望实现我国开展航天活动以来的四个“首次”：首次在月球表面自动采样；首次从月面起飞；首次在38万公里外的月球轨道上进行无人交会对接；首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

嫦娥四号



嫦娥四号将会在西昌用长征四号丙发射，实施世界上第一次在月球背面软着陆并巡视探测。同时要在日地拉格朗日L2点发射一颗中继卫星，作为中继通信数据传输所用，为月球乃至深空探测提供服务和支持。

嫦娥六号

（胡浩  全国人大代表、中国探月工程三期总设计师）：嫦娥6号和嫦娥5号是同时来开始研制的，原来是想把嫦娥6号作为嫦娥5号的备份，它的状态应该是一致的，现在嫦娥6号只能按照5号备份的状态来确定它的状态，当嫦娥五号确定成功之后，才能最后确定嫦娥6号的状态，这个时候到底嫦娥6号能完成什么样的任务、有什么样的改进？得在嫦娥5号之后再说。

“张衡一号”电磁监测试验卫星




　电磁监测试验卫星在轨飞行模拟图

张衡一号是首颗由我国自主研发建造的电磁监测试验卫星，将于2017年8月前后发射、投入使用。届时中国将首次具备全疆域和全球三维地球物理场动态监测能力，也是唯一拥有在轨运行的多载荷、高精度地震监测试验卫星的国家。





　上图为电磁监测试验卫星收拢状态图，下图为展开状态图

“张衡一号”是我国立体地震观测体系第一个天基平台。它可以对中国及其周边区域开展电离层动态实时监测和地震前兆跟踪，弥补地面观测的不足，进一步推进我国立体地震观测体系建设，开辟探索地震监测预测新途径。同时，卫星还能为航空航天、导航通讯等领域提供空间电磁环境监测服务。

2016年底，“十三五”空间科学任务全面启动。计划争取在2020年前后研制发射5颗科学卫星：

先进天基太阳天文台（ASO-S）



ASO-S是一颗计划在2021年前后发射的太阳峰年探测卫星，将运行于太阳同步轨道， 初定轨道高度为7 0 0 ～ 7 5 0 k m ， 倾角为9 7 ° 。其有效载荷质量为2 2 0 k g ， 寿命不少于4 年。

该卫星能同时观测对地球空间环境具有重要影响的太阳上两类最剧烈的爆发现象—耀斑和日冕物质抛射（CME）；研究耀斑和日冕物质抛射的相互关系和形成规律；观测全日面太阳矢量磁场，研究太阳耀斑爆发和日冕物质抛射与太阳磁场之间的因果关系；观测太阳大气不同层次对太阳爆发的响应，研究太阳爆发能量的传输机制及动力学特征；探测太阳爆发，预报空间天气，为我国空间环境的安全提供保障。

在认识太阳活动物理本质的同时，也期望为人类避免空间灾害性天气服务。由于ASO-S可能是我国首颗太阳探测卫星，因而受到国内外广泛关注。

爱因斯坦探针（Einstein Probe，或EP）



是一台面向未来时域天文学和高能天体物理的小型科学探测卫星。其主要目标是在软X射线（0.5~4keV）波段发现X射线暂现源/剧变源和监测X射线源的变化。为此它具有非常大瞬时视场（60°×60°,约为1球面度即全天立体角的十二分之一），并具有中等空间分辨率（半高全宽约5角分）和一定的光谱分辨率（约20%）。

卫星在每个97分钟的轨道内指向5个反太阳方向的观测天区，每个天区曝光11分钟。每三个轨道可几乎完全覆盖半个天球。

大部分天区的观测覆盖次数约在每天5~25次之间。卫星上还搭载一台与大视场监视器能力互补的小视场（约1°×1°）的深度后随观测望远镜，用于对发现的暂现源/剧变源进行深度后随观测，还可以发布警报以引导国际上其它空间及地面望远镜进行后随观测。

全球水循环观测卫星:

首次展开全球水循环关键要素的多要素、高精度、同时相综合观测，实现对地球系统中水的分布、传输与相变过程的机理及水循环系统的时空分布特征认识上的突破;揭示全球变化背景下水循环变化特征，深化理解水循环对全球变化的响应与反馈作用的科学规律。

磁层-电离层/热层耦合小卫星星座探测计划(MIT计划):

是国际上首个把磁层-电离层-热层作为一个整体来研究的空间探测计划。该计划利用小卫星星座系统，探测电离层上行粒子流发生和演化对太阳风直接驱动的响应过程，研究来自电离层和热层近地尾向流在磁层空间暴触发过程中的重要作用，了解磁层空间暴引起的电离层和热层全球尺度扰动特征，揭示磁层-电离层-热层系统相互作用的关键途径和变化规律。

MIT计划由4颗小卫星组成，1颗运行于远地点25个地球半径、近地点3个地球半径的大椭圆近赤道轨道上,称为太阳风探测器；1颗运行于远地点7个地球半径、近地点1个地球半径的大椭圆极轨轨道上,称为磁层探测器；还有2个卫星运行于远地点1000 km,近地点500 km的椭圆极轨轨道上，轨道面相互垂直，称为电离层-热层探测器。

围绕地球空间暴的起源与演化和行星大气演化两个重大科学问题，聚焦于电离层氧离子上行，深刻理解上行离子加速机制与传输规律;揭示磁层电离层/热层耦合过程及在空间暴触发过程中的重要作用；大幅提升对空间暴的认知水平和预报能力；研究地球粒子外流和逃逸过程，深化对行星演化的理解。

太阳风-磁层相互作用全景成像卫星:

揭示太阳风-磁层相互作用大尺度结构和基本模式;认知磁层亚暴整体变化过程和周期变化;确定日冕物质抛射事件驱动磁暴的发生和发展。这将成为地球空间探测新的里程碑，实现从局部探测到全球性探测的跨越式发展。