引起国际空间界注目的欧空局星族(Cluster Ⅱ)计划的四颗卫星,现已全部发射成功。这四 颗卫星是分两批发射的,每批发射两颗。这四颗卫星都是由法国——俄罗斯塔尔森集团的联 盟——弗雷加特号火箭的哈萨克斯坦Baikonur发射升空的。第一批发射的两颗Cluster Ⅱ卫 星Salsa和Samba于2000年7月16日14时35分(欧洲中部时间)顺利发射成功。第二批发射的两 颗Cluster Ⅱ卫星Rmba和Tango于2000年8月9日世界时13时13分顺利发射成功。这四颗卫星 的自检系统显示,卫星各系统的工作正常。第二批卫星发射5天之后,先后发射的四颗卫星 联合在一起,按预定计划进行编队。如果一切顺利,在经过三个月的轨道调整及仪器数据检 查后,将正式实施Cluster Ⅱ的探测任务,接收和分发Cluster Ⅱ的探测数据。
从Cluster Ⅰ到Cluster Ⅱ的艰辛历程
20世纪80年代初,国际空间界开始酝酿空前规模的国际空间探测计划,结果提出由国际空间 局协调组(IACG,由美国宇航局,欧空局及原苏联和日本的空间局组成)组织和协调“国际日 地物理(ISTP)计划”。该计划是人造卫星发射以来的一个空间规模的国际日地空间探测计划 ,其主要科学目标是:将日地空间作为一个整体系统,在日地空间各层次发射多颗卫星,对 日地系统联锁变化的物理过程进行协调地探测和研究。
欧空局的Cluster计划(现称为Cluster Ⅰ计划)就是在这种背景下于1985年底提出来的,IST P计划是在1992年-1996年期间正式实施的。经过十年努力,Cluster Ⅰ的四颗卫星(每颗1.2 吨)由欧空局新研制的阿丽亚娜5型火箭于1996年6月4日在欧空局的法属圭亚那发射场发射。 这是阿丽亚娜5型火箭第一次发射,由于该火箭飞行程序软件的事故,致使发射失败,历经 十年研制的阿丽亚娜5型火箭和它携带的四颗Cluster卫星,顿地发生灾难性的爆炸,在高空 中化为一团烟云和碎片。这一事件引起了国际空间界的震憾,对国际日地空间物理的发展造 成了严重的损失。
1996年6月4日Cluster Ⅰ发射失败,使欧空局的科学家和工程师们北京悲伤,但他们并未因 此而消沉,反而激起了奋发图强的精神。在欧空局科学项目主任R.M.Bonnet教授的组织和领 导下,开始酝酿新的Cluster计划。经过八个月的努力,终于在1997年4月4日正式通过了新 的Cluster计划,称为Cluster Ⅱ计划。
日地空间探测的一个新里程碑
Cluster Ⅱ和Cluster Ⅰ一样,包括四颗相同的卫星,构成地球空间星座探测计划。Cluste r Ⅱ的轨道是:近地点是4RE(这里RE为球半径,RE=6371.2公里)远地点是19.6RE, 倾角是90°。每颗卫星重1.2吨,各载有11项探测仪器。直至Cluster Ⅱ发射成功之前,在 空间的局部区域都是单颗卫星进行探测,只有计划是姊妹卫星的形式,进行两点探测,因而 不能探测地球空间环境的三维小尺度结构。Cluster Ⅱ的发展成功,开辟了地球空间探测的 新纪元。Cluster的四颗卫星,可在空间中形成四面体,而且四颗卫星之间的距离可根据科 学研究的要求进行调控。这四颗卫星的组合形式,好像四个秀丽的舞伴在太空中跳舞一样, 不断改变姿势。正因如此,欧空局将这四颗卫星分别用四种舞来命名,即将它们分别称为“ Salsa”、“Samba”、“Rumba”和“Tamgo”。
欧空局Cluster Ⅱ计划的主要科学目标是探测和研究地球空间等离子体边界层结构和动力学 过程;主要创新是探测过去不能实现的地球空间环境三维小尺度结构及电磁场和粒子的时 空 变化,解决过去不能解决的关键科学问题。现23周太阳活动峰年已经开始,Cluster Ⅱ颗卫 星的发射成功,对揭示太阳爆发事件引起地球空间灾害环境的奥秘,将起十分重要的作用。
中国与欧空局的合作
中国与欧空局Cluster科学数据系统(CSOS)的合作是从1992年开始的。经过双方的努力,199 3年欧空局科学项目主任R.M.Bonnet教授率欧空局供表团与中国科学院在北京签署了正式的 合作协议。根据协议,中方成立了以中科院空间科学与应用研究中心刘振兴院士为首席科学 家和主任的中国Cluster数据和研究中心及中国Cluster科学工作队。这是我国第一次与欧空 局建立科学合作关系,也是一项规模较大和层次较高的国际合作项目。现我国是欧空局Clus ter科学数据系统的主要成员之一。在十年的合作中,欧空局认为双方的合作是顺利的,合 作是十分成功的。
1997年1月,由中国科学院刘振兴院士牵头提出了中国“地球空间双星探测计划”(简称双星 计划)以后,欧空局加大了与中国科学院合作的规模和力度,1997年11月欧空局项目科学部 主任R·M·Bonnet教授再次率团来中国,与中国科学院空间中心签订了“双星计划”与Clus ter Ⅱ计划合作议定书。欧空局认为中国“双星计划”与欧空局Cluster Ⅱ计划的合作将会 对国际日地物理计划作出重要的贡献。在欧空局网站上,也高度评价了“双星计划,与欧空 局Cluster计划的事作,并将其称为人类历史上第一次对地球空间的六点探测。
通过与欧空局Cluster Ⅱ计划的合作,我国可获得Cluster Ⅱ四颗卫星上44台仪器的探测数 据,同时还可获得与Cluster Ⅱ相配合的全球30个台站的地面观测数据。现中国Cluster Ⅱ 科学工作队的科学家们,正在准备Cluster Ⅱ探测数据处理和分析的软件,提出有待解决的 关键科学问题,力求在收到Cluster的探测数据后尽快做出的研究成果。通过Cluster Ⅱ数 据分析和研究,可为下一步分析我国“双星计划”的数据打下好的基础。
Cluster Ⅱ和“双星计划”运行的时间范围,正是太阳爆发事件最频每的时期。Cluster Ⅱ 和“双星计划”相配合,在探测区域方面优势互补,将会成为21世纪国际上最重要的日地空 间探测计划,对推动日地空间物理学的研究,将会产生重要的作用。