【中国科学报】中欧再联手“微笑”看地球

　　继2003年双星计划之后，中国科学院与欧洲空间局6月4日联合公布了新遴选出的中欧联合空间科学卫星计划——

　　■本报记者 倪思洁 

　　“1、2、3，茄子！”地球微微一笑，留下“倩影”。

　　这不是梦话。6月4日，一项英文简称为“微笑”（SMILE）的卫星任务由中国科学院与欧洲空间局联合发布，其科学目标之一是为整个地球空间拍照。

　　SMILE计划的全称是“太阳风—磁层相互作用全景成像卫星计划”。这是中欧双方继2003年地球空间双星探测计划（双星计划）合作之后的又一大型联合空间科学探测项目。其科学创新性和重大意义在13个中欧联合征集的竞争项目中脱颖而出。

　　此次项目的中方首席科学家、中科院国家空间科学中心（以下简称空间中心）空间天气学国家重点实验室主任王赤在接受《中国科学报》记者采访时表示，本次卫星计划由空间中心和欧空局双方科学家共同提出，是双方科学家开展深度国际合作的一个全新的高度，将树起人类探索地球空间新的丰碑。

　　记者了解到，欧空局拟支持5300万欧元，中方给予大致同等强度的支持。卫星发射时间预期在2021年，运行寿命为3年。

　　给地球空间拍个“全身照” 

　　长期以来，科学家们都在研究太阳风的能量和物质是如何传递到地球空间的，怎样规避或减轻太阳风对人类活动的影响。最近，美国国家航空航天局（NASA）发布的2014~2033年发展路线图还将其列为重点方向之一。

　　“地球磁层就像保护罩一样，保护着空间基础设施，如卫星等。”王赤说。每一次太阳风吹来，磁层就会被压缩，如果太阳风动压较强，磁层顶被压得过低，本处于保护罩内的卫星很可能会直接暴露于太阳风之中。

　　自1957年世界第一颗人造卫星上天，人类就开始对地球空间辐射带进行探索。“SMILE计划超越了以前和现在的地球空间探测卫星计划。”英国莱斯特大学教授Steve Sembay表示，以往的卫星计划只提供日侧磁层物理现象的点观测，不能提供描述全球太阳风—磁层相互作用的日侧动力过程的多尺度三维图像。

　　“这就好比给人照相的时候，只探测了耳朵、肩膀的部分特征，却没能拍一张全身像。”王赤说。SMILE将首次实现对地球磁层的整体成像观测，揭示磁层大尺度结构及其对太阳风扰动的响应；实现对极光日侧和夜侧的同时成像，了解空间天气变化的宏观驱动控制因素；揭示太阳风—磁层—电离层的整体联系和因果关系。“该计划将对我们了解太阳活动对地球等离子体环境和空间天气的影响具有重要的科学意义和应用价值。”他补充说。

　　中欧双方分配均衡 

　　在空间天气学国家重点实验室里，有一张特殊的数据模拟图。图片中两个极区因为地球高层大气成分与太阳风粒子碰撞产生了两个红色圆点。而当太阳风稍强烈一些时，地球磁层顶就会与太阳风碰撞出一条X射线增量的弧形，两个圆点也会更亮。两点一弧，就像地球抿嘴一笑。“这是我们对SMILE拍出来的地球空间的仿真图像。”王赤说。

　　然而，要真实地拍出这样的照片并不容易。为了完成既定科学目标，此次卫星项目共设置了四个载荷：由英国莱斯特大学牵头完成软X射线成像仪（SXI），用于观测磁层大尺度结构；由加拿大卡尔加里大学牵头完成极光极紫外成像仪（UVI），实现日侧和夜侧的极光观测；由中方牵头完成离子分析仪（LIA）、磁强计（MAG），用于对太阳风等粒子体和磁场的观测等。

　　加拿大卡尔加里大学教授Eric Donovan表示，SMILE的极紫外成像仪具有更好的精度、更低的阈值和更好的太阳光抑制度。与X射线图像一起，将实现地球空间研究的系统级的跨越发展。

　　此外，SMILE采用大椭圆轨道。王赤介绍，卫星在远地点时，运行速度慢，停留时间较长，初步估计80%的时间可用于观测，余下的20%的时间用于数据传输。

　　此次任务中，欧方拟支持5300万欧元，中方支持强度大致相同。“中欧双方的分配是均衡的。这些经费将用于研制卫星、有效载荷、火箭发射以及数据接收站、有效载荷运行中心等地面支撑系统建设。”王赤说。

　　风险可控信心百倍 

　　在通往伟大发现和伟大突破的科学探索道路上，风险总是在所难免。对于这次科学卫星项目，王赤表示，有风险但可控。

　　记者了解到，项目公布后随即会进入预研。“我们有两年的时间进行方案研究。”王赤说，接下来还要进一步论证轨道是否最优、仪器具体怎么研制、是否还有关键技术需要突破、如何定标和验证等。

　　方案研究完成后，项目将进入工程实施阶段，时间同样是两年，将进行项目的初样和正样阶段的工作。“在2021年前，我们在地面支撑和科学应用系统方面还有很多事要做。”王赤说。

　　在他看来，未来5年里，项目主要面临两方面的风险。“这是人类第一次对地球磁层进行整体成像，我们没有经验可以借鉴。”另外，该项目的国际合作中，中方主要的参与单位是中科院国家空间科学中心和国家海洋局中国极地研究中心，外方则包括英国伦敦大学学院、莱斯特大学、伦敦帝国大学等7家科研机构的科研人员。“国际参加单位多，而且文化存在差异，在管理和协调上，我们也面临挑战。”

　　“但我们很有信心。”王赤表示，科学家在前期已做了大量仿真实验，且无论是X射线成像观测技术、极光观测技术还是磁场监测技术，都已经有了比较成熟的技术基础。不仅如此，中科院、欧空局等航天管理机构对该项目的大力支持，也让科学家们信心十足。