印度首次太阳探测任务——阿迪蒂亚-L1 分析

张扬眉 （北京空间科技信息研究所）

2023 年9 月2 日，印度首个太阳探测器——阿迪蒂亚-L1（Aditya-L1）从萨迪什·达万航天中心搭乘极轨卫星运载火箭-XL（PSLV-XL）发射升空，将研究太阳日冕、太阳风及其对地球附近环境的影响。

1 任务背景

2008 年1 月， 印度空间科学咨询委员会（ADCOS）提出“阿迪蒂亚”（Aditya）方案，Aditya 在梵语中意为“太阳”。该方案的最初设计是一颗400kg 的低地球轨道小型卫星，该卫星将携带一台日冕仪，用于日冕研究。

2015 年，印度政府批准了经过修订和增强的“阿迪蒂亚”任务方案，并将其更名为阿迪蒂亚-L1，该任务被设计为一个在日地拉格朗日L1 点运行的综合性的太阳和空间环境天文台。据《印度斯坦时报》2023 年8 月27 日报道，阿迪蒂亚-L1 成本为36.8亿卢比（约合4500 万美元）。

2 任务基本情况

任务目标

基于之前的深空探测器和科学卫星取得的发现，目前科学界已经获取了有关太阳风的成分、属性、结构等方面的信息，并拍摄了色球层外部的日冕和过渡区的高分辨率图像等，然而仍然有多个问题尚未解决，其中包括日冕反常高温现象和太阳风加速机制，阿迪蒂亚-L1 将助力解决这两个问题。

阿迪蒂亚-L1 任务的科学目标为：①研究日冕加热和太阳风加速的机制；②研究“日冕物质抛射”（CME）、太阳耀斑、近地空间天气的来源；③研究太阳大气的耦合和动力学特性；④研究太阳风分布和温度的各向异性。

系统组成

阿迪蒂亚-L1 探测器发射质量约为1475kg，采用印度国产的I-1K 平台，两侧各装有一副可展开太阳电池阵。探测器计划工作寿命为5 年。欧洲航天局（ESA）将为印度阿迪蒂亚-L1 任务提供深空通信支持。

I-1K 平台由印度空间研究组织（ISRO）研制，也被称为印度卫星-1000（INSAT-1000），通常被用于轻型地球静止轨道卫星。I-1K 平台干质量为500kg，尺寸为1.505m×1.476m×1.530m，电源系统功率为500 ～1000W。该平台平均寿命为7 年，并可扩展至12 年。此前“印度区域导航卫星系统”（IRNSS）、气象卫星-1（METSAT-1）、“曼加里安”（Mangalyaan）火星轨道探测器等都采用了该平台。

阿迪蒂亚-L1 太阳探测器

有效载荷

探测器共携带7 种有效载荷，总质量244kg，包括可见光发射谱线日冕仪（VELC）、太阳紫外成像望远镜（SUIT）、阿迪蒂亚太阳风粒子环境实验装置（ASPEX）、等离子体分析装置包（PAPA）、太阳低能量X 射线光谱仪（SoLEXS）、绕L1 点高能量X 射线光谱仪（HEL1OS）以及磁强计（Magnetometer）。

上述有效载荷中，4 种用于遥感观测太阳，3 种用于在日地L1 点附近进行粒子和场的原位探测。

阿迪蒂亚-L1 携带的有效载荷

阿迪蒂亚-L1 有效载荷分布图

任务过程

2023 年9 月2 日，探测器发射后经过63min20s的飞行，进入环绕地球的椭圆轨道。9 月3 日，探测器进行首次地球轨道机动，进入245km×22459km的轨道。9 月5 日，探测器完成第二次地球轨道机动，进入282km×40225km 的轨道。9 月10 日，探测器完成第三次地球轨道机动，进入296km×71767km的轨道。随后，探测器还将进行数次地球轨道机动，离开地球引力“影响球”（SOI）并进入飞向日地L1点的巡航阶段。发射约127 天后，探测器将抵达距离地球大约1.5×106km 的日地L1 点附近的晕轨道（Halo Orbit），并在之后开始执行科学探测活动。

阿迪蒂亚-L1 探测器飞行过程

3 任务特点分析

印度首次太阳探测任务和首次日地L1 点任务

阿迪蒂亚-L1 是印度首次研究太阳的任务，也是印度首次在日地L1 点附近运行的任务，将首次以近紫外波段对日面（Solar Disk）进行观测。在截至2023 年9 月国外实施的200 余次深空探测任务中，运行在日地L1 点附近的任务包括美国的“国际彗星探测者”（ICE）、“风”（WIND）、“先进成分探险者”（ACE）、“起源”（Genesis）、“深空气候观测台”（DSCOVR），欧洲航天局的“太阳日光层观测台”（SOHO）、“激光干涉仪空间天线探路者”（LISA Pathfinder），以及印度的阿迪蒂亚-L1 等，其中大部分任务为太阳观测任务。探测器在日地L1 点运行具有稳定性较好、观测视野更全面、辐射环境相对稳定、与地球通信更容易等优点。

印度深空探测活动范围不断扩大

在本次任务之前，印度实施的深空探测任务仅涉及月球和火星，其月球探测规划按照环绕/撞击、软着陆/巡视、原位采样、采样返回四个阶段推进，其中2008 年的月船-1（Chandrayaan-1）实现了月球和深空探测领域零的突破，完成了环绕探测，此外还实施了月表撞击探测；月船-2 着陆失败但轨道器正常工作，月船-3 则成功演示验证了月面软着陆技术，并开展了巡视探测。目前，印度正与日本联合研发2026 年的月球极区探测任务（印度方面命名为月船-4），并正在论证2030 年左右的月船-5 甚至更远期的月船-6 采样返回任务等。火星探测方面，印度实施“曼加里安”系列任务，在2013 年实施火星环绕任务后，计划于2024 年左右发射曼加里安-2任务。

在实施月球、火星系列任务的同时，印度也希望继续提升深空探测能力，发展多样化探测任务。本次太阳探测任务的发射，标志着印度深空探测活动范围已经从月球、火星扩展至了太阳。此外，印度还正进行“舒克拉安”（Shukrayaan）金星环绕探测任务的研发，计划于2024 年左右发射，将研究金星地质、金星大气以及太阳风与金星电离层的相互作用。

印度更为注重深空探测任务工程目标的实现

现阶段，印度更为注重以低成本快速实现深空探测任务的工程目标，通常将政治意义放在首位，而将科学目标的实现放在次要位置。过于关注工程目标的实现，一方面会造成科学目标相对较弱，以本次阿迪蒂亚-L1 任务为例，其携带的有效载荷和探测方式在国际上并无领先优势；另一方面，追求低成本实现工程目标也会以降低可靠性为代价，印度月船-2任务着陆失利、月船-1 轨道器提前退役等就是典型的例子。

美、欧等国在进行深空探测任务时会重点考虑其科学意义，以及对于本国科学技术发展的促进作用，通常采用较为先进的技术，加之美欧人力等各方面成本均远高于印度，因此其任务成本相比印度的任务要高得多。就太阳探测任务而言，美国2018 年发射的“帕克太阳探测器”（PSP）和欧洲航天局2020 年发射的“太阳轨道器”（SolO）成本均为15 亿美元左右，与印度本次任务的4500 万美元成本差别巨大，但美欧的任务是对太阳进行抵近观测，印度任务则是绕日地L1 点进行远距离观测，观测技术、载荷性能等都不可与美欧任务相提并论。

4 几点启示

印度深空探测活动向系列化、多样化发展

近年来，印度的深空探测活动逐步向系列化、多样化发展，从最初重点实现深空探测及火星探测领域零的突破，到分阶段持续开展月球及火星探测任务，再到现在的探测目标多样化，印度长期、持续的深空探测战略规划已在逐步成型并稳步推进。此外，印度执行深空探测任务的频率也有加快的趋势，目前实施任务的频率为2008 年1 次（月船-1）、2013 年1 次（“曼加里安”）、2019 年1 次（月船-2）、2023年2 次（月船-3 和阿迪蒂亚-L1），未来计划的任务还有2024 年“舒克拉安”金星任务和曼加里安-2、2026 年月船-4 等。

成功实施深空探测任务可显著提升国际影响力

航天科技的高速发展是一个国家综合国力和国际地位的有力体现，深空探测任务因为科普性和趣味性较强，极其容易受到公众关注，因此近来印度也开始注重利用全球公众对任务的关注来提升自身影响力。近期印度的月船-3 任务就进行了大量的宣传活动，包括与月球村协会共同主办全球推广活动，举行月船-3 任务相关的全球视频竞赛、网络论坛，全球网络直播月船-3 着陆全过程等，尤其是月船-3 任务着陆过程仅在YouTube 上就吸引了全球共800 万人在线观看，印度称创下了该网站观看人数前十的纪录。本次阿迪蒂亚-L1 的发射也在网络上进行了直播，并通过推特、ISRO 网站等对该任务进行了大量的宣传。从印度这两次深空任务的宣传效果来看，鼓励公众以多种形式参与到深空探测任务中，可以起到很好的科普和宣传效果，尤其对于激发民族自豪感和自信心、激发年轻一代对于宇宙奥秘的好奇心、提升国家影响力等具有显著作用。