「西河」の秘密を解き明かしましょう！我が国初の太陽探査衛星が無事に打ち上げられました！

2021年10月14日北京時間18時51分、我が国は太原衛星発射センターで長征2Dロケットを使用し、太陽Hαスペクトル検出およびデュアルスーパープラットフォーム科学技術実験衛星の打ち上げに成功しました。衛星は所定の軌道に無事進入し、打ち上げミッションは完全に成功しました。

東から太陽が昇り、暗闇が消えます。太陽の光が亀裂から差し込み、神聖で暖かく、人々はそれを希望と呼ぶ。

人々は希望を胸に、生肉を食べ血を飲むことから龍を調理し鳳凰を焼くこと、焼畑農業からインテリジェントな自動化まで、時間の旅をどんどん進めていきます。希望を広げる太陽とはどんな存在なのか、人々は考え始めました。朝夕は赤く、正午にはまばゆいばかりである。これらはすべてその外観であり、またこれらはその外観ではない。いつからか、人々は「上に行って」見ることができたらいいのにと思うようになった。

そこで、10月14日に「西河」は出発した。中国から太陽を観測するために派遣された最初の使者として、太陽に住むものが何であるかを人々に知ってもらうことを目指しました。

（映像提供元：中国第八航空宇宙科学技術研究所）

太陽の下でチェック

高度517キロの暁夕刻の太陽同期軌道上で、重さ510キロの「西和」が太陽を見つめている。 「西和」は、命名キャンペーンの末にネットユーザーによって我が国初の太陽探査衛星に付けられた名前です。それ以来、神秘的な星の海は伝説的な色彩を添えるようになりました。

Hαイメージング分光計を搭載した「Xihe」は、超高指向精度と超高安定性を備えたデュアルスーパープラットフォームを通じて、白色光連続スペクトルイメージングとスペクトルスキャンイメージングの2つの方法で太陽をより良く観測できます。

白色光連続撮影モードでは、携帯電話のシャッターボタンを押して写真を撮るのと同じくらい簡単に、太陽全体の画像を取得できます。

⬆️西和衛星のシミュレーション画像

スペクトルスキャン撮影モードでは、「Xihe」に搭載されたHαイメージング分光計が約46秒間で太陽面全体をスキャンし、4,600以上のスペクトルを取得することができます。各スペクトルは太陽の円盤の画像に復元できます。

天文学および物理学における Hα スペクトル線は、水素の特定の可視赤色輝線です。太陽スペクトルの Hα バンド スペクトル線は、太陽爆発時に最も強い反応を示す彩層スペクトル線であり、爆発の発生源領域の特性を直接反映することができます。

Hαスペクトルを検出・研究対象に選んだ理由について、中国航天科技集団の西和衛星のチーフ・司令官である陳建新氏は、「西和は宇宙から太陽Hα帯のスペクトル画像検出を実現した世界初の衛星です。Hαスペクトルデータを分析することで、光球から彩層までの太陽下層大気の情報を得ることができ、太陽活動時の大気温度や速度などの物理量の変化を推測し、太陽活動の動的プロセスと物理的メカニズムを研究することができます」と説明した。

同衛星の執行管理者兼副主任技師の陳長亜氏は「太陽の磁場が劇的に変化しコロナが噴出すれば、地球の磁場や地球上の衛星に影響を及ぼし、通信信号を含む多くの分野で干渉を引き起こすだろう」と指摘した。

彼はまた、西和衛星の太陽探査の重要性についても説明した。 「我が国の既存の宇宙天気予報はすべて海外から入手しており、入手したデータは比較的遅れており、信憑性を保証するのが難しく、非常に受動的である。西和のような太陽探査衛星が宇宙に打ち上げられた後、我が国は他国に制約されることなく、比較的正確な宇宙天気予報を自主的に管理できるようになるだろう。」

5mmから新しい時代へ

「西和」は太陽の二重超衛星です。 「ダブルスーパー」とは、超高指向精度と超高安定性を意味します。

従来の衛星のペイロードは、多くの場合、プラットフォームに固定されています。しかし、衛星の運用時には複数の機器が同時に動作し、衛星本体に微小な振動が生じることは避けられません。ペイロードの動作環境が安定していません。 「Xihe」は高精度な探知任務の遂行者として、安定した環境を必要とします。

うまくやっていけないなら別れましょう。 「動・静分離・非接触」という新たな全体設計方法に基づき、研究開発チームは重要な技術研究を実施し、高精度、広帯域、自己無干渉の特性を持つ磁気浮上アクチュエータの開発に成功しました。ペイロードキャビンは磁気浮上によってプラットフォームキャビンに接続され、物理的な分離を形成します。接触がないため、プラットフォームキャビンの振動は伝達されず、ペイロードキャビンは非常に安定しています。

しかし、このような設計では、衛星の姿勢制御に対する要求が高くなります。

太陽を観測する際、西和のHαイメージング分光計は、さまざまな動作モードの必要性に応じて衛星の姿勢を変更します。時には、9 つ​​の観測点を通して太陽のフラット フィールド キャリブレーションを実行する必要があり、時には、太陽の連続スイング スイープ観測を行うために衛星の姿勢を制御する必要があり、時には、衛星のダーク フィールド キャリブレーションを実行して、宇宙の特定の領域を指すように衛星の姿勢を制御する必要があります。ペイロードキャビンの姿勢が変化すると、衝突を避けるためにプラットフォームキャビンも直ちに姿勢を変える必要があります。 「ペイロードキャビンのアクティブ制御とプラットフォームキャビンのパッシブ制御」を分離したマスタースレーブ協調制御のこの新しい方法により、衛星ペイロードの検出がより安定して正確になります。

⬆️「西河」衛星

陳長亜氏は「従来の衛星の全体的な姿勢制御とは異なり、『西和』のペイロードキャビン、プラットフォームキャビン、そして2つのキャビンの相対位置の姿勢制御は、3ループ制御を形成している」と述べた。

ペイロードキャビンとプラットフォームキャビン間のプラスマイナス5mmの調整距離は、衛星が新たな時代へと突入するための距離となりそうだ。

宇宙でのワイヤレス充電

ペイロードキャビンとプラットフォームキャビンは分離されており、従来の電力供給方法ではエネルギー伝送のニーズを満たすことができず、過去のものとなります。そこで「ワイヤレス充電」の登場です。

違うルートを取れば、「行きやすいかどうか」と「行けるかどうか」の距離は遠くないことが多いです。ワイヤレスエネルギー伝送は言うほど簡単ではありません。

NASA は 20 世紀中期から後半にかけて、宇宙磁気誘導無線伝送技術を提案し、衛星への適用に成功しました。これまでのところ、我が国は地上の実験室で関連する実験作業を行っただけです。高出力、長寿命の無線エネルギー伝送技術を衛星に適用できることは、数世代にわたる中国の宇宙飛行士の願いであった。

衛星上で高出力の無線エネルギー伝送を行うには、宇宙環境の複雑さを克服し、常に変化する温度や未知の磁場の変化に対処する必要があります。携帯電話のワイヤレス充電とは異なり、宇宙での「ワイヤレス充電」には高電力が必要なだけでなく、電流を複数回変換する必要もあります。ソーラーパネルとバッテリーはどちらも直流電流を供給します。ペイロードキャビンとプラットフォームキャビン間のワイヤレスエネルギー伝送中には、直流から交流、さらに磁場、そして磁場から交流、さらに直流への変換プロセスを経る必要があります。

第八学院811研究所の研究開発チームと西安大学の劉延明チームが協力し、多くの実証と比較を経て、プラットフォームキャビンとペイロードキャビンの共同電源供給、キャビンの電源供給、宇宙でのエネルギー伝送などの技術的問題を1年以上かけて解決し、さまざまな状況下で衛星への効率的なエネルギー供給を確保しました。

陳建馨氏は「『西和』は中国で初めて高出力、長寿命の無線エネルギー伝送を採用した衛星だ。無線エネルギー伝送システムを通じて、プラットフォームキャビンのエネルギーがペイロードキャビンに継続的に伝送される」と紹介した。

⬆️「西河」衛星

対面での高速データ伝送

「西和」の特殊な二重キャビン分離構造は、データ伝送にも高い要求を課すため、宇宙レーザー通信技術が「自発的に」採用された。第八学院802研究所レーザーセンターチームが開発したキャビン間高速レーザー通信ユニットは、「西和」宇宙船が順調に軌道に入った後、稼働を開始した。それ以降は、中断することなく客室間のデータ伝送業務を担当します。

他の観測データと異なり、太陽光の強度が十分に強いため、生成されるデータの量は非常に多くなります。したがって、データを迅速に送信して保存する方法は、科学研究をタイムリーかつ効果的に実施するための保証となります。

陳昌亜氏は「太陽フレアがピークを迎えると、長期観測によるデータの量が非常に多くなる。その際、地上の衛星センターに送信されるほか、一部のデータは衛星のメモリに一時的に保存される」と紹介した。

レーザー通信サブシステムには高速レーザー伝送インターフェースが装備されており、科学ペイロードのデータ伝送速度を大幅に向上させ、衛星内データ伝送帯域幅を大幅に改善することができます。

陳長亜氏は「キャビン間のレーザー通信の伝送距離は短いが、偏向角は大きい。ペイロードキャビンとプラットフォームキャビンを真っ直ぐに並べる必要がない場合でも、データ伝送を実現できる」と述べた。同時に、この単一マシンには 10 種類のさまざまなインターフェースがあり、プラットフォームのさまざまな伝送速度の特殊な要件を満たし、データを迅速に処理し、「対面高速伝送」をよりスムーズに実現できます。

将来的には、我が国は総合的な太陽探査衛星である先進宇宙太陽観測衛星（ASO-S）も打ち上げる予定です。陳建新氏は「この衛星は太陽の上層大気の状態を観測することに重点を置くため、より多くの宇宙望遠鏡を搭載し、観測レベルと観測帯域の面で西河を効果的に補完するだろう」と紹介した。

陳昌亜氏は「双超プラットフォームの検証は非常に意義深い。将来的には西和を大型や小型の衛星シリーズにすることもできる。太陽探査は非常に意義深い。今後はより多くの太陽探査衛星を打ち上げ、より多くの太陽情報をタイムリーに取得し、我が国の宇宙天気予報の精度と正確性を向上させる必要がある」と述べた。

未来はここにあります。

「西和」は再び太陽を見てシャッターを押した。

（中国航空宇宙ニュース）