“微笑；”{卫星启程，为地球“保护伞}”拍全身照
“微笑”卫星在轨运行示意图。
■本报记者 倪思洁
5月19日11时52分，中国和欧洲联合研制的科学卫星——“微笑”卫星（SMILE）搭乘“织女星-C”火箭，从法属圭亚那库鲁航天中心升空，并顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。
这颗以“微笑”为名的卫星，全称是“太阳风-磁层相互作用全景成像卫星”。它将首次实现对太阳风与地球磁层相互作用的整体成像观测，动态揭示太阳风-磁层耦合过程，在国际上具有科学与工程的里程碑意义。
“这是中国科学院与欧洲空间局首次开展任务级全方位深度合作的空间科学探测任务，也是中国科学院空间科学（二期）先导专项的收官之战。”“微笑”卫星中方首席科学家、中国科学院国家空间科学中心（以下简称空间中心）主任王赤院士告诉《中国科学报》。
根据计划，卫星将在入轨后经过约42天的轨道机动，抵达科学观测轨道，随后开展为期两个月的在轨测试，之后进入为期3年的常规科学观测阶段。
给地球“保护伞”拍全身照
什么是磁层？王赤打了个比方：它是地球最外层的“保护伞”。
太阳风不断把物质和能量吹向地球。从长期尺度看，磁层的存在可以防止太阳风剥蚀地球的大气层，避免地球环境像如今的火星一样恶劣。从短期尺度看，太阳风的能量进入磁层后会引起扰动，产生磁暴、亚暴和极光。
“微笑”卫星要研究的，正是这种短时间尺度上太阳风能量的进入、传播和耗散过程。
“太阳活动爆发后，能量随太阳风在行星际空间传播，大约1到3天后到达地球磁层。这些能量会通过磁层边界进入地球磁层空间，再释放、耗散，最终形成极光。”“微笑”卫星科学应用系统总师、空间中心研究员戴磊说。
地球磁场的扰动会对人类活动造成影响。例如，1989年加拿大魁北克“末日”大停电，就是地球磁场剧烈扰动导致发电厂输电线路过载而造成的。
王赤表示，灾害性空间天气严重威胁太空资产安全、影响电网等重大基础设施运行。空间环境监测、空间天气预报，像天气预报一样越来越不可或缺。
“研究太阳风与磁层的相互作用，可以提升空间天气预报的能力。只有搞清楚物理过程，才能从经验预报走向基于物理规律的预报，从定性描述走向定量预报。”王赤说。
他介绍，以往人类研究磁层的手段是“点的探测”，如今“微笑”卫星可以进行全球成像观测，能在全球尺度上成像追踪磁层演变，并原位获取太阳风物理参数，为研究磁暴、亚暴等空间天气过程提供前所未有的观测能力。
“这是人类历史上的第一次。”王赤感慨道。
国际独特的观测体系
为了实现给地球“保护伞”拍全身照的目标，“微笑”卫星搭载了四类科学载荷——软X射线成像仪、紫外极光成像仪、低能离子分析仪和磁强计。
其中，全球首台星载软X射线成像仪将通过探测太阳风离子与地球外层中性气体发生电荷交换产生的软X射线，把原本“不可见”的磁层边界转化为直观图像，首次实现磁层整体成像；紫外极光成像仪将用于观测极光，即太阳风进入地球空间后能量耗散的过程；低能离子分析仪和磁强计将用于原位探测磁场和粒子。
“四类科学载荷形成了国际上非常独特的‘成像+原位’协同观测体系，使人类具备对地球磁层进行全球成像观测的能力。”王赤说。
载荷研制过程中取得了诸多技术突破。例如，紫外极光成像仪突破了在日侧探测极光的技术瓶颈。“以往看极光，基本聚焦在夜侧。因为夜侧极光更亮，更容易观测。而‘微笑’卫星要对整个极光冠进行监测，包括日侧极光。日侧极光信号更弱，对仪器的灵敏度要求更高。”王赤说。
时至今日，戴磊对低能离子分析仪的研制历程仍记忆犹新。
最初，该载荷计划由欧方负责研制，中方辅助。后来，为了保持对等合作，中欧双方联合决定，由中方主导该载荷的研制，戴磊成为该载荷研制过程的负责人。
接手后，戴磊很快发现，原来的方案只部署了一台探测器，观测的视场范围太小，无法覆盖整个空间。经过两三年的摸索和尝试，他们对原方案进行了改进，并以扎实的研究结果说服了中方团队、欧方科学团队和所有工程团队，使新方案成功通过。最终，该载荷由两台探测器组成，一左一右的两个“小耳朵”就是中方团队努力的结果。
“改进后的载荷拥有了更大的观测视场，能把来自四面八方的空间等离子体测全、测准。”戴磊说。
中欧首次任务级深度合作
“微笑”卫星不是中国科学院与欧洲空间局的第一个合作项目，但它是中欧双方首次开展的任务级全方位深度合作项目，也是我国迄今国际合作层次最深、参与程度最高的航天工程之一。
早在2003年、2004年，中国第一个空间科学卫星计划——“双星计划”的两颗卫星与欧洲空间局“星簇计划”的4颗卫星，联合组成了对地球空间的六点观测。那是双方最早的合作，由此建立了互信和友谊。
随着中国科研实力快速增长，双方的合作进入了更深层次。“知识共创、风险共担、成果共享。”王赤在概括“微笑”卫星项目合作模式时说。
“微笑”卫星的科学目标由双方共同确定。2015年，中国科学院与欧洲空间局联合发起项目征集。十几个方案参与竞争，“微笑”卫星脱颖而出。此后，中方全面负责卫星平台研制、测控、地面支撑与科学应用系统建设，并主导研制了3台载荷。参与单位包括空间中心、中国科学院微小卫星创新研究院、北京跟踪与通信技术研究所、中国西安卫星测控中心等。欧方负责载荷舱、1台载荷的研制，并提供运载火箭、发射场及主动段测控支持。
“微笑”卫星的主载荷由双方联合研制、风险共担。中欧科学家与工程师紧密协作，互相尊重对方的技术标准，其中，软X射线成像仪由英国莱斯特大学主导，中方参与；紫外极光成像仪由中方主导，欧方提供关键部件；低能离子分析仪和磁强计由中方主导，欧洲多家顶尖科研机构参与研制和定标。
卫星在轨运行期间，双方将联合进行数据处理与分析，科学数据也将面向全球科研机构开放共享，推动形成国际共同参与的研究格局。
王赤表示，该合作模式为展开外空领域新型国际科技合作提供了可复制、可推广的范本，也是践行人类命运共同体理念的生动实践。
“‘微笑’卫星任务的成功实施，是中国为人类空间科学知识宝库贡献前沿原创力量的关键一步，有力推动了中国从国际空间科学参与者向核心贡献者的历史性转变。”王赤说。
如今，这颗以“微笑”为名的卫星，正在展现地球磁层在太阳风作用下形成的弧形边界。
“有意思的是，弧形边界就像一条舒展上扬的微笑曲线，既生动诠释了观测目标，也传递出人类探索宇宙的乐观与向往。”王赤笑着说，“我们期待其为探索日地空间、贡献人类共同知识宝库产出系列原创成果，在携手守望地球家园、探索宇宙的新征程中，续写合作共赢的时代篇章。”