夸父一號

大約46億年前，在距離銀河系中心約2.6萬光年之處的螺旋臂上，一團分子云開始在自身的引力作用下坍縮，逐漸形成了太陽。太陽是人類的“母星”，地球上的一切生產生活都與太陽息息相關，但它偶爾爆發的“小脾氣”也會給人類帶來阻礙——太陽風暴將規模巨大的噴射的物質和能量“吹”到近地空間，可引起地球磁層、電離層、中高層大氣等地球空間環境強烈擾動，從而影響人類活動 ^[21]  。

自20世紀60年代以來，世界空間大國已經先後發射了數十顆太陽探測相關衞星進入太空。在這場太陽的探索之旅中，中國在太陽探測專用衞星方面一直缺席 ^[19]  。

20世紀70年代，中國科學家就開始嘗試製造第一顆太陽觀測衞星 ^[32]  。

太陽活動呈週期性變化，週期平均為11年，太陽黑子數量達到最多的年份，稱為太陽活動峯年，是太陽活動最劇烈的時候。據科學家們預測，2024年到2025年左右，將是太陽活動的第25周峯年。“中國選擇在這個時間發射‘夸父一號’，就是為了更好地瞭解太陽。它的設計壽命不少於4年，可以基本覆蓋太陽峯年的極大期，這對中國的科學研究、實現衞星科學目標是非常有利的。” ^[21] 

預先研究（2011-2013）、背景型號研究（2014-2016）和綜合立項論證（2016-2017），終於在2017年底獲得中科院批覆正式工程立項 ^[3]  。

2011年，中國科學太陽物理界自主提出研製先進天基太陽天文台即首顆太陽空間探測衞星，以實現中國太陽衞星探測的突破 ^[19]  。

ASO-S衞星研製先後得到中國科學院空間科學先導專項預先研究支持（2011 - 2013）、中國科學院空間科學先導專項背景型號階段支持（2014 - 2016），期間還得到國家基金委面上基金、國家重大科研儀器專項、以及財政部天文專項的支持。ASO-S衞星已經納入中國科學院空間科學先導專項科學衞星工程項目 ^[26]  。

2016年4月28日，先進天基太陽天文台（ASO-S）順利通過背景型號結題驗收評審 ^[15]  。同年11月19日，EP和ASO-S初步技術指標與使用要求通過評審 ^[14]  。

2017年3月11日，空間科學戰略性先導科技專項二期先進天基太陽天文台（ASO-S）衞星工程運載火箭擇優評審會在京召開 ^[13]  。5月9日至10日，ASO-S衞星工程衞星系統、地面支撐系統、科學應用系統方案論證報告評審會在北京召開 ^[12]  。6月16日，ASO-S衞星工程通過立項評審 ^[11]  。

2017年上半年ASO-S完成立項綜合論證後，經歷18個月的方案設計階段、20個月的工程初樣階段和18個月的工程正樣階段，計劃2022年前後發射到高度為720公里的太陽極軌，設計壽命不少於4年 ^[26]  。

2018年7月4日，中國科學院重大任務局在中國科學院國家空間科學中心主持召開了“空間科學（二期）”戰略性先導科技專項啓動會暨EP、ASO-S衞星工程啓動會 ^[1-2]  。

2019年4月28日，ASO-S衞星通過方案階段研製總結暨初樣設計評審 ^[10]  。

2021年3月，ASO-S完成初樣研製階段，進入正樣研製與分系統集成測試階段。10月，航天科技集團“羲和號”衞星總指揮陳建新介紹，未來中國還將發射綜合性太陽探測衞星——先進天基太陽天文台。“該衞星將搭載更多空間望遠鏡，重點觀測太陽高層大氣狀態，將與‘羲和號’形成觀測層次和觀測波段的有效互補。” ^[5] 

2022年7月，ASO-S衞星正式命名為“夸父一號”。8月，中國科學院微小衞星創新研究院召開“夸父一號”先進天基太陽天文台衞星出征儀式 ^[8]  。12月13日，中國科學院國家空間科學中心公佈了中國綜合性太陽探測衞星“夸父一號”的首批科學圖像。 ^[40] 

2023年4月11至12日，由“夸父一號”衞星工程科學應用系統牽頭單位中國科學院紫金山天文台、地面支撐系統牽頭單位中國科學院國家空間科學中心和國家空間科學數據中心聯合主辦的“夸父一號”觀測數據試開放全球發佈暨數據使用培訓會在線召開。來自美國、英國、德國、意大利、瑞士、奧地利、比利時、日本、俄羅斯、波蘭、捷克、西班牙、印度、巴西、阿根廷、斯洛伐克、保加利亞、芬蘭、烏克蘭、韓國、希臘、印度尼西亞、孟加拉國和中國等 25 個國家近 400 位太陽物理專家學者報名參加了為期２天的會議。會議分中國 — 美洲場和中國 — 歐洲場先後舉行。 ^[41]  截至2023年10月9日，“夸父一號”科學衞星（先進天基太陽天文台，英文簡稱ASO-S）迎來一週歲生日。“夸父一號”平穩在軌運行365天來，已累計繞地飛行5294軌，提交各類觀測計劃超過500個，共計觀測原始數據約120TB，生產高級數據產品超過100TB。 ^[42] 

2024年1月1日，“夸父一號”衞星成功地記錄了第25太陽活動周最大的耀斑。這是一個X5.0級耀斑，太陽爆發耀斑的同時還伴隨日冕物質拋射，這也再次刷新了第25太陽活動周最大耀斑的記錄。 ^[43-44]  2月23日6時34分， “夸父一號” 拍攝到太陽爆發的第25太陽活動周迄今強度最大的耀斑：X6.3級大耀斑。 ^[46] 

2024年4月29日，中國科學院紫金山天文台通報，中國綜合性太陽探測專用衞星“夸父一號”(ASO-S)發射一年多以來，已經觀測到100多例太陽白光耀斑。截至2023年底，已有120餘例白光耀斑被“夸父一號”上的白光太陽望遠鏡(WST/ASO-S)觀測到，這為探究白光耀斑的物理本質提供了樣本。 ^[48] 

2024年1月1日至2月23日，太陽已經發生6個X級耀斑。其中，1月1日爆發了X5.0級耀斑，2月22日至23日連續爆發了3個X級耀斑。“夸父一號”較好地觀測到了這些大的太陽爆發，衞星的觀測能力和獨特性在這些近期發生的太陽劇烈爆發的觀測中得到充分展示。“夸父一號”上的硬X射線成像儀，提供了目前地球視角唯一的太陽硬X射線成像和像譜觀測，其觀測質量達到國際一流水平。 ^[45] 

夸父一號衞星重量約859千克，入軌後的尺寸是2105毫米×9184毫米×2456毫米。在衞星平台上，科學家們妥善安置了三大載荷，讓“夸父一號”本領高強：全日面矢量磁像儀（FMG）、萊曼阿爾法太陽望遠鏡（LST）和硬X射線成像儀（HXI），它們分別觀測太陽磁場、日冕物質拋射和太陽耀斑 ^[21]  。

工程總體：中國科學院國家空間科學中心為工程總體單位。

衞星系統：中國科學院微小衞星創新研究院負責衞星的抓總研製，中國科學院國家天文台負責有效載荷FMG研製，中國科學院長春精密光學機械研究所負責有效載荷LST研製，中國科學院紫金山天文台負責有效載荷HXI研製。

運載火箭系統：中國航天科技集團公司第八研究院負責運載火箭的研製工作。

地面支撐系統：中國科學院國家空間科學中心負責地面支撐系統研製和建設，其中科學數據的地面接收由中國科學院空天信息創新研究院負責。

科學應用系統：中國科學院紫金山天文台負責科學應用系統研製和建設 ^[16-17]  .

首席科學家：甘為羣 ^[2] 

夸父一號衞星發射採用的長征二號丁運載火箭 ^[24]  ，是由中國航天科技集團公司所屬上海航天技術研究院研製的常温液體二級液體運載火箭。該火箭於1990年2月啓動研製，是在長征四號甲火箭基礎上減少三子級，並進行適應性改進形成的火箭，主要用於發射近地軌道返回式衞星和太陽同步軌道，具有可靠性高和經濟型好的特點 ^[25]  。

先進天基太陽天文台的科學目標瞄準“一磁兩暴”，即太陽磁場、太陽耀斑和日冕物質拋射，首次在同一顆衞星上實現太陽高能成像和大氣不同層次變化的同時觀測。具體目標為：

此外，先進天基太陽天文台作為一顆科學衞星，還有一個拓展的應用目標，即：探測太陽爆發，預報空間天氣，為中國空間環境的安全提供保障 ^[4]  。

ASO-S先後得到中國科學院空間科學先導專項預先研究支持（2011—2013）、中國科學院空間科學先導專項背景型號階段支持（2014—2016），期間還得到國家基金委面上基金、國家重大科研儀器專項、以及財政部天文專項的支持。ASO-S已經納入中國科學院空間科學先導專項科學衞星工程項目 ^[3]  。

夸父一號（ASO-S）上配置有三個主要載荷：

全日面矢量磁像儀（Full-disc vector MagnetoGraph，簡稱 FMG），用於開展太陽光球矢量磁場的成像觀測。全日面矢量磁像儀由成像光學系統、偏振光學系統、數據採集與處理系統三大功能塊組成。其望遠鏡採用口徑140mm的遠心光路設計；探測器採用4K×4K像元、幀頻16 fps的CMOS相機；偏振光學系統由經典的里奧（Lyot）型雙折射濾光器和液晶型偏振分析器系統組成，濾光器工作在Fe I 532.4 nm 譜線，透過帶寬（FWHM）為0.011 nm。

為了獲得足夠高的測量精度，擬採用“深積分”觀測方式提高靈敏度，在常規觀測模式下，單磁場分量觀測由128×2幀圖像完成，一組矢量磁圖用時2分鐘。在深積分模式下，縱向分量靈敏度5G，橫向分量精度150G，用時約18分鐘。在一個分量觀測中要求圖像穩定度優於0.25角秒，但由於衞星平台無法滿足這一圖像穩定度要求，全日面矢量磁像儀將自帶穩像系統。

全日面矢量磁像儀基於雙折射濾光器而成。由於斯托克斯（Stokes）參數儀不能實時成像，採用類似於Hinode/SP的觀測系統對於太陽活動現象的跟蹤和預報研究是非常不利的，相比較而言，全日面矢量磁像儀具有更高的觀測效率和時間分辨率，更契合先進天基太陽天文台的科學需求。而相較於SDO/HMI和SOHO/MDI，全日面矢量磁像儀設備相對簡化，觀測模式簡單，磁場測量精度更高 ^{[3]  [22]  [31]}  。

硬X射線成像儀（Hard X-ray Imager, 簡稱 HXI），用來觀測太陽耀斑非熱物理過程 ^[3]  。

硬X射線成像儀以太陽耀斑為主要觀測目標，在30 – 200 keV的硬X射線以優於0.5秒的時間分辨率（最高0.125秒）對全日面進行高分辨率成像觀測。HXI的視場為40角分，能量分辨率約為24%@32keV，空間分辨率為3.2角秒。因平台有多個光學載荷，HXI採用與日本陽光（YOHKOH）衞星上的硬X射線望遠鏡（HXT）和太陽軌道探測器（Solar Orbiter）上X射線成像光譜望遠鏡（STIX）相似的空間調製間接成像技術。這不同於美國RHESSI衞星所用的旋轉調製間接成像技術，但同屬於調製類間接成像。

HXI是一套高精密的成像設備，共加工了超過3400片的鎢光柵薄片，膠疊為10種不同節距的91對鎢光柵，節距從36微米至1224微米。這些光柵安裝在1.2米長度準直器兩端的基板上，構成了91個調製子準直器，通過它們的硬X射線信號由後面對應的91個探測器記錄，並在地面通過算法反演成圖像。此外，還有3個測量總流量的探測器和5個測量背景的探測器。整個探測器陣列共有99個溴化鑭探測器。

HXI還自帶太陽指向鏡系統，它在白光波段對太陽進行監視並提供太陽爆發的位置信息和太陽硬X射線成像儀的指向信息，指向精度優於1角秒，可用於修復抖動造成的圖像模糊。同時，它還可以實時監測前後基板的微米級形變和角秒級扭轉 ^[22]  。

萊曼阿爾法太陽望遠鏡（Lyman-alpha Solar Telescope, 簡稱 LST），主要用來觀測日冕物質拋射的形成和早期演化 ^[3]  。萊曼阿爾法太陽望遠鏡包含三台儀器，即一台口徑68毫米萊曼阿爾法全日面成像儀（SDI）、一台口徑60毫米的日冕儀（SCI）、一台口徑130毫米的白光全日面望遠鏡（WST）和兩台導行鏡（GT）。

萊曼阿爾法全日面成像儀在萊曼阿爾法波段（121.6±4.5 nm）以4-40秒的時間間隔對太陽從日面中心到1.2個太陽半徑進行成像觀測。萊曼阿爾法全日面成像儀使用4608×4608像元的探測器以獲得約1.2角秒的空間分辨率。同時，萊曼阿爾法全日面成像儀和日冕儀都將通過壓電陶瓷驅動穩像系統來實現太陽的穩定以滿足高分辨率成像觀測的要求。

日冕儀使用2048×2048像元的探測器對1.1 – 2.5個太陽半徑的內日冕以3-60秒的時間間隔在萊曼阿爾法波段（122.6±3 nm）進行成像觀測並在白光波段（700±32 nm）進行偏振亮度觀測。在日冕儀光路中加入分光鏡，將入射的日冕光分成透射和反射兩部分。反射部分經過萊曼阿爾法濾光片後成像在萊曼阿爾法波段探測器；透射部分在經過寬帶濾光片、線偏振片後成像在白光波段探測器上，在0°及±60°三個方向進行日冕偏振亮度測量。

白光望遠鏡採用4608×4608像元的CMOS探測器在通常模式下以1-120秒的時間間隔對太陽從日面中心到1.2個太陽半徑進行紫外連續譜（360±2.0 nm）成像觀測，在快速的爆發事件模式下通過開窗輸出的方式使時間間隔小於0.2秒。白光望遠鏡的成像觀測的空間分辨率與萊曼阿爾法全日面成像儀相同。

導行鏡工作波長為570 nm，通過四象限光電二極管對太陽邊緣進行探測，實時計算太陽邊緣的偏移量並將偏移量轉化成導行信號。導行信號最終轉化成驅動信號驅動安裝在萊曼阿爾法全日面成像儀和日冕儀主鏡後面的壓電陶瓷晶體實現太陽像的穩定 ^[22]  。

先進天基太陽天文台重量為888千克。搭載了、和太陽台有效載荷，三台載荷相互配合，將首次在一顆近地衞星平台上實現對太陽磁場、太陽耀斑非熱輻射、日冕物質拋射日面形成和近日面傳波的同時觀測。藉助萊曼阿爾法太陽望遠鏡，將首次在萊曼阿爾法波段實現全日面和近日冕的同時觀測。衞星設計壽命4年，運行在約720公里的太陽同步晨昏軌道 ^[18]  。

北京時間2022年10月9日7時43分，中國在酒泉衞星發射中心使用長征二號丁運載火箭，成功將先進天基太陽天文台衞星發射升空，衞星順利進入預定軌道，發射任務獲得圓滿成功。該衞星設計壽命4年，運行在距離地面約720千米的太陽同步晨昏軌道 ^{[9]  [18]  [24]}  。

夸父一號衞星發射入軌後，要經歷一段時間的在軌調試，之後會進入正常工作模式。星上的三個載荷每天可以觀測到大約500GB的數據量，通過地面支撐系統和科學應用系統的處理後向全球開放。夸父一號的設計壽命不少於4年，太陽活動有11年的週期，衞星的設計壽命可以基本覆蓋太陽峯年的極大期，對中國的科學研究、實現衞星科學目標非常有利。

夸父一號衞星的數據是完全開放的。衞星在軌測試完成，數據正常生產之後，會及時對全世界太陽物理、空間環境、空間物理、空間天氣等相關領域的科研工作者，實時免費開放。衞星數據共享政策也是基於國際慣例，中國太陽物理學家一直以來都在享受國際開放的數據政策，中國的綜合性太陽觀測衞星成功在軌運行之後，也要對世界做出承諾 ^[30]  。

2022年11月21日下午，夸父一號衞星硬X射線成像儀首張科學圖像在中國科學院紫金山天文台發佈。這是中國首次獲得太陽硬X射線圖像，也是國際上地球視角僅有的太陽硬X射線像，圖像質量達國際先進水平 ^[35]  。夸父一號自2022年10月9日成功發射入軌一個多月以來，三大載荷之一的HXI開展了各項在軌測試和定標工作，結果表明HXI載荷狀態正常，各項功能性能均滿足設計指標要求，已順利投入科學觀測活動 ^[38]  。

2022年12月13日，中國科學院國家空間科學中心公佈了“夸父一號”的首批科學圖像。這些圖像是“夸父一號”自2022年10月9日成功發射以來，3台有效載荷在軌運行2個月期間，獲取的若干對太陽的科學觀測圖像，實現了多項國內外首次，在軌驗證了“夸父一號”三台有效載荷的觀測能力和先進性。 ^[39] 

截至2023年12月底，已有120餘例白光耀斑被白光太陽望遠鏡觀測到。 ^[47] 

2024年1月1日，成功地記錄了第25太陽活動周最大的耀斑。這是一個X5.0級耀斑，在北京時間2024年1月1日出現，太陽爆發耀斑的同時還伴隨日冕物質拋射，這也再次刷新了第25太陽活動周最大耀斑的記錄。 ^[43] 

2024年3月，科學團隊發佈“夸父一號”衞星上的白光太陽望遠鏡觀測數據，揭示太陽白光耀斑並不罕見，並捕捉到了耀斑環上的連續譜輻射。 ^[47] 

2024年5月，“夸父一號”HXI載荷團隊分別在德國、蒙古上空的航班上拍攝到極光。夸父一號衞星上的WST望遠鏡最近9天觀測到的黑子羣移動情況，可以看到在太陽的北半球有一個巨大的黑子活動區（編號3663），而在南半球隨後出現另一個毫不遜色的黑子活動區（編號3664），這兩個活動區的尺度都有十幾個地球半徑這麼大，且內部佈滿了大大小小的複雜黑子。活動區3663（左）、3664（右）在爆發大耀斑前的視線方向磁場。白色代表正極，黑色代表負極。 ^[49] 

“夸父一號”HXI信號對比：5月9日（左）還算正常，而5月11號（右）已混合了新爆發的X級耀斑輻射、增強的輻射帶粒子、來自太陽的高能質子、來自地磁暴的高能粒子和極光等。 ^[49] 

一是國際上首次以“一磁兩暴”作為衞星的科學目標並且配置相應的載荷組合；

二是國際上首次在一顆近地衞星平台上，對全日面矢量磁場、太陽耀斑非熱輻射成像、日冕物質拋射的日面形成和近日面傳播同時進行觀測；

三是國際上首次在萊曼阿爾法譜線波段實現全日面和近日冕無縫同時成像觀測 ^[27]  。

夸父一號衞星要高精度觀測太陽，3台有效載荷在國內均為首次上天，可借鑑的經驗少，新技術、新部件、新材料多，而且要實現的任務比較多、比較複雜，衞星研製通過突破一系列關鍵技術，主要解決了三方面難點：

第一，夸父一號衞星攜載7台光學設備，同時精確指向太陽，確保每台光學設備對太陽完整成像，所以各光學設備光軸之間的一致性要求非常高，需要高精度裝配達到這些光軸的一致。

第二，夸父一號衞星要經歷發射過程的力學振動和衝擊環境、太空中冷熱交替變化環境、超高真空環境，要保持星上各光學設備光軸之間變化極小，確保衞星壽命期內各光學設備觀測對象完整性。

第三，夸父一號採用對星上活動部件振動降低技術和穩像技術，實現光學防抖，獲取清晰的觀測圖像 ^[27]  。

2022年7月11日，中國科學院國家空間科學中心和中國科學院紫金山天文台就衞星命名向全國徵名。該活動共蒐集到25000多份提名，其中三分之一都建議命名為“夸父”，最後選擇使用“夸父一號”作為衞星的名稱，反映了中國人對“夸父逐日”神話的喜愛，對太陽神秘的追求 ^{[6-7]  [9]}  。

“夸父一號”首席科學家、中國科學院紫金山天文台研究員甘為羣：將先進天基太陽天文台命名為“夸父一號”有兩層含義，一方面“夸父”是廣為人知的中國神話人物，“夸父逐日”的故事表達了中國古代先民胸懷大志、探索自然、英勇頑強的精神，藴含了中華民族千百年來試圖揭開太陽神秘面紗的不懈求索。另一方面寓意着“夸父一號”將與未來中國太陽探測衞星一道，開啓中國綜合性太陽觀測的新時代。“嫦娥奔月”對仗“夸父逐日”，詮釋了中國人熱愛自然、探索自然的情懷與浪漫 ^[20]  。

2022年10月9日，上海航天技術研究院發佈消息，公佈長征二號丁遙55運載火箭發射夸父一號衞星的發射任務LOGO ^[24]  。

夸父一號是專門為觀測太陽而提出的，完全以科學目標為牽引的空間科學衞星計劃，所以‘夸父’被歸類為空間科學衞星 ^[33]  。（中國科學院紫金山天文台研究員、先進天基太陽天文台首席科學家甘為羣 評）

夸父一號（ASO-S）獨特的載荷組合首次實現由一顆衞星上同時觀測太陽全日面矢量磁場、太陽耀斑高能輻射成像和日冕物質拋射的近日面傳播，在當代太陽物理前沿領域"一磁兩暴"觀測和研究方面取得重大突破，揭示太陽磁場演變導致太陽耀斑爆發和日冕物質拋射的內在物理機制，在拓展人類知識疆野的同時，也為嚴重影響人類生存環境的空間天氣提供預報的物理基礎 ^[3]  。（中國科學院 評）

夸父一號是由中國太陽物理學家自主提出的綜合性太陽探測專用衞星，也是中國科學院空間科學先導專項繼“悟空”“墨子號”“慧眼”“實踐十號”“太極一號”“懷柔一號”之後，研製發射的又一顆空間科學衞星，實現了中國天基太陽探測衞星跨越式突破 ^[34]  。（科學網 評）