本刊記者 東方星

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我國用探空火箭首次獲得電離層頂數(shù)據(jù)

本刊記者 東方星

2016年4月27日02∶00，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（以下簡稱空間中心）在位于海南省儋州市的中國科學(xué)院海南探空部成功發(fā)射了天鷹-3F空間環(huán)境垂直探測試驗火箭。該火箭搭載的鯤鵬-1B探空儀開展了多項科學(xué)探測及技術(shù)試驗任務(wù)，首次成功獲得了電離層頂?shù)脑惶綔y數(shù)據(jù)，標志著我國已經(jīng)具備了用探空火箭飛到更高高度的空間環(huán)境探測運載能力。

該任務(wù)由空間中心作為抓總單位，并具體負責(zé)鯤鵬-1B探空儀，即箭頭科學(xué)儀器、球形探空儀與服務(wù)平臺的研制，以及發(fā)射場、遙測、地面及科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)任務(wù)。中國航天科技集團公司航天動力技術(shù)研究院負責(zé)研制天鷹-3F探空火箭。此次發(fā)射是我國在“子午工程”支持下恢復(fù)火箭探空活動后，再次開展的空間環(huán)境垂直探測，也是天鷹-3系列探空火箭第12次成功發(fā)射。試驗中首次使用了具有姿態(tài)控制能力的箭頭平臺、柔性碳纖維伸桿，可以更精確地獲得空間磁場、電場矢量數(shù)據(jù)，對于深入研究低緯度地區(qū)電離層中高層大氣的空間環(huán)境，提高未來探空火箭的技術(shù)能力具有重要的科學(xué)意義。

1　天鷹-3F探空火箭

探空火箭是進行空間探測和科學(xué)試驗的有效探測工具，具有成本低、研制周期短、發(fā)射時間受限小等優(yōu)點。在氣象探測方面，它可以將衛(wèi)星導(dǎo)航探空儀、雷達模式探空儀和“落球”探空儀等送入臨近空間，完成對大氣溫度、密度、風(fēng)速等大氣要素的原位探測。在天文物理探測方面，可配合地基遙感探測和衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)，對空間中的電離層、地球磁場、宇宙線、高層大氣、太陽紫外線和X射線等進行探測研究或環(huán)保監(jiān)測。同時，還可以用于空間新技術(shù)驗證，微重力條件下的物理、生物等科學(xué)試驗。

天鷹-3F為兩級固體燃料火箭，試驗所需的測試、發(fā)射和控制設(shè)備以及新型發(fā)射架也均由航天動力技術(shù)研究院研制和操作。

“天鷹”系列火箭是航天動力技術(shù)研究院研制生產(chǎn)的民用探空火箭產(chǎn)品，現(xiàn)已成功開發(fā)了7個系列20余個型號，可搭載有效載荷質(zhì)量0.5～260kg，載荷直徑50～750mm，探測高度1～500km?，F(xiàn)有型號已形成了覆蓋可搭載有效載荷質(zhì)量3～260kg、載荷直徑200～450mm、最大探測高度350km的系列產(chǎn)品，在探空火箭研制技術(shù)水平、探測高度、應(yīng)用領(lǐng)域和數(shù)量居國內(nèi)先進水平。目前，航天動力技術(shù)研究院正在開展500～700km高度探空火箭的研制試驗。

該系列火箭可廣泛用于高空科學(xué)探測、高空氣象探測、空間微重力和空間物理實驗、航空器氣象保障、船舶港口與海上氣象保障等領(lǐng)域。目前，“天鷹”已成功完成了我國“子午工程”科學(xué)探測、空間環(huán)境垂直探測、氣象服務(wù)保障等多項任務(wù)。

準備發(fā)射的天鷹-3F空間環(huán)境垂直探測試驗探空火箭

2　鯤鵬-1B探空儀

利用探空火箭攜帶的探空儀可以在高度方向上垂直探測大氣各層結(jié)構(gòu)成分和參數(shù)，研究電離層、地磁場、宇宙線、太陽紫外線和X射線、隕塵等多種日-地物理現(xiàn)象。

鯤鵬-1B探空儀包括朗繆爾探針、雙臂探針式電場儀等科學(xué)探測有效載荷。其中，朗繆爾探針和雙臂探針式電場儀用于對空間電離層70～300km高度范圍內(nèi)的E層和F層電子密度、離子密度、空間電場和磁場進行原位探測，獲得原位探測數(shù)據(jù)。朗繆爾探針中電子探針由空間中心自主研制，離子探針由空間中心與奧地利合作研制。同時，在試驗中還用中國科學(xué)院海南探空部的地基遙感觀測設(shè)備進行標定和聯(lián)合觀測，研究了電離層垂直高度的精細結(jié)構(gòu)。在此次試驗中，鯤鵬-1B箭頭配置的姿態(tài)控制系統(tǒng)、柔性碳纖維伸桿均為我國在探空火箭上首次使用，對提高未來火箭探空的技術(shù)能力具有重要意義。

這次試驗在海南探空部火箭發(fā)射場沿正西偏南方向、87.3°仰角發(fā)射。火箭飛行頂點高度達到316km，從起飛到濺落共飛行約10min。其主要任務(wù)是探測研究低緯度地區(qū)電離層中高層大氣的空間環(huán)境，這對于提高未來火箭探空、超高速飛行器和太空旅游等領(lǐng)域的技術(shù)能力具有重要意義。

中國科學(xué)院海南探空部于1986年建立，除具備探空火箭發(fā)射能力外，還擁有近10種空間環(huán)境地基綜合觀測設(shè)備，其近赤道的地理位置在國際上具有突出的觀測優(yōu)勢。

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