欧空局卫星将测试剃刀般锐利的编队飞行

P. CARRIL/ESA

执行欧空局Proba-3任务的两颗卫星将精确编队飞行，在太空中形成一个扩展日冕仪，其中一颗卫星将遮蔽太阳的光辉，以便让第二颗卫星研究原本无法被观测的日冕。

欧洲航天局（European Space Agency）将于今年年底执行一项任务，演示在轨道上进行精确编队飞行以制造人造日食。在近日的新闻发布会上，该机构公布了这次任务的细节，以及帮助轨道飞行器完成精巧编排动作的技术。

欧空局的Proba-3（PRoject for On-Board Autonomy，https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Proba_Missions/About_Proba-3）由一对航天器组成：一个300公斤重的Coronagraph航天器和一个250公斤重的Occulter（https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Proba_Missions/Face_to_face_with_Sun-eclipsing_Proba-3）。这两个航天器现在计划于9月由印度PSLV火箭发射（https://en.wikipedia.org/wiki/Polar_Satellite_Launch_Vehicle），最终进入一个600 * 60530公里的高椭圆形轨道。该机构表示，其目的是将这两个独立的航天器移动到相距约144米的位置，而 Occulter将作为一个圆盘遮挡太阳。

这种编队飞行的实现将使日冕仪能够研究太阳高度电离且温度极高的大气层，同时也为未来更具野心的编队飞行尝试展示了先导技术。

P. CARRIL/ESA

日食既是天体排列的壮观景象，一个美轮美奂的时刻，同时也是进行科学研究的转瞬即逝的机会（https://www.livescience.com/space/the-best-photos-and-videos-of-the-april-8-total-solar-eclipse-over-north-america）。1868年，当印度发生日全食时，一位法国天文学家首次在太阳的色球层中探测到了氦元素（https://www.smithsonianmag.com/history/how-scientists-discovered-helium-first-alien-element-1868-180970057/）。50年后，英国天文学家弗兰克-戴森和阿瑟-爱丁顿在1919年的一次日食中对恒星的视移进行了测量（https://en.wikipedia.org/wiki/Eddington_experiment），作为对爱因斯坦广义相对论的早期检验。

欧空局为Proba-3制定了科学目标，即在不受地球大气层干预的情况下，利用空间观测研究太阳天体物理学。欧空局的日冕极坐标和成像调查航天器协会（ASPIICS，https://www.mps.mpg.de/6884329/proba-3）日冕仪将有助于发现日冕温度明显高于太阳本身温度的原因。这将进一步加深我们对太阳的了解，并有助于太阳气象预测。

不过，Proba-3所计划展示的精确编队飞行可能同时有助于实现未来的一系列突破。

P. CARRIL/ESA

这两个航天器将从接近距离地球最远的地点（远地点）时开始进行校准，以在每个轨道上形成一段约六个小时的“日食”。这两个航天器将使用无线电卫星间链路进行通信，同时使用星体跟踪器来确定他们的姿态。

全球导航卫星系统（GNSS）接收器将接受近地点附近的GPS信号，结合专用的相对导航算法就可以定期确定航天器的相对位置。Occulter上的光学传感器将会查看日冕仪上的脉冲LED，为更加精细的测量提供数据。但想要达到更高的、毫米级别的精度，他们仍然需要更多的“技术魔法”。

Proba-3如何实现毫米级的轨道精度

为了这一目标，Occulter将对安装在Coronagraph航天器上的角立方逆反射器发射激光，而后者将会把激光反射回来。如此计量行为能够精确的跟踪两个航天器的相对位置以及方向。欧空局称，利用收集到的数据，这一航天器将可以借助Occulter上的10个毫牛顿级别的冷气推进器控制位置并且保持毫米级的精度。

Proba-3的项目经理Damien Galano在4月3日的新闻发布会上说：“制导，导航以及控制技术已经得到了长足的发展，而这些正是我们想要展示的。”

“我们实际的应用是观测日冕，因此通过实现对于日冕的良好观测，我们肯定能证明所有这些设备都在良好工作，而且这一技术正在提供实际的科学数据。”他补充道，Proba-3编队飞行控制算法以及计量系统均可被应用于未来的一些任务中。

精确控制的Occulter航天器可与空间望远镜一起用于遮挡来自恒星的光线，以便直接探测潜在的轨道行星；而卫星群则可通过干涉测量法建立大型观测站，实现比大型单个卫星更大的孔径和更长的焦距。

这项技术的更多应用包括了地球观测·、天基引力波探测以及一系列需要两个或者更多航天器互动的任务，如会合，对接以及在轨服务。

在开展如此复杂的项目之前，Proba-3需要证明它能够完成最基本的工作。“这显然是一项重大的挑战。”欧空局技术、工程和质量部主任Dietmar Pilz说“看看我们能让编队飞多远，达到什么样的距离。这都需要所有参与该项目的成员提供大量操作专业知识以及软件。”

如果这一项目能取得成功，Proba-3将会超越以往的空间日冕仪，并为未来更加复杂的空间操作指明道路。

供稿：胡乐