“在有效载荷中我们是第一个开机的。”嫦娥一号卫星有效载荷空间环境探测分系统主任设计师王世金对记者说。

    10月25日19时26分，在嫦娥一号卫星传回第一张原始月球表面照片之前，在嫦娥一号卫星尚在绕地球飞行时，空间环境探测分系统的高能粒子探测器就已经开机工作。10月29日20时和30日凌晨，分系统的另外两台仪器——太阳风离子探测器A机和B机也首次开机。

    这3台有效载荷均由中国科学院空间科学与应用中心研制，早在嫦娥一号绕地飞行时，它们就成功获取并传回了地球辐射带的有关数据。

    11月26日晚到27日，在卫星绕月轨道，太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器再次开机，为我国首次成功获取了月球周边空间环境信息。

    王世金说：“在地球轨道开机，除获取3台有效载荷的工程参数以判断仪器工作情况外，还将分析出地球辐射带的带电粒子分布结构。而在月球轨道开机，将监测卫星绕月轨道空间的环境状况，传回月球空间环境资料。”

    航天器的安全卫士和科研尖兵

    太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器主要进行月球周边空间环境的探测。

    “太阳每时每刻都向外吹出大量的粒子，我们称为太阳风。太阳发脾气时也会喷出大团的高能粒子，称为太阳高能粒子事件。太阳风离子探测器主要是测量能量低的太阳风粒子，这种粒子一般只能打到卫星表面。高能粒子探测器主要是测量能量高的太阳高能粒子事件，这种粒子能穿进卫星内部去。我们的设计目标有两个，一个是卫星安全保障，另一个是科学研究。”王世金说。

    和放射源能对材料造成辐射损伤的道理一样，月球空间的各种带电粒子也会威胁卫星安全。

    “在航天器上应用的很多大规模集成电路，是用高低电平表示的二进制逻辑器件，高能带电粒子打到器件上，会改变器件的逻辑电平，使逻辑位0或1发生翻转，导致程序走飞。高能粒子还能使器件的逻辑门出现异常电流，出现类似计算机死机的闩锁现象，严重时将烧坏器件。”王世金说，“航天器工程设计和航天器在轨飞行安全保障需要了解空间环境，对月球的空间环境探测不仅可以保障嫦娥一号卫星的安全，也为我国探月工程的下一步工作，甚至为未来的深空探测提供基础数据。”

    月球上最重要的资源之一是氦-3，但氦-3是从哪里来的？

    王世金说：“实际上，月球在太阳系中已运行了40多亿年，太阳风对月球土壤的影响不容忽视。月壤中丰富的氦-3主要是太阳风带来的。经过长期的日积月累，吹向月球的太阳风在月球表面的土壤层积累了丰富的氦-3。因此，摸清月球空间太阳风离子、太阳高能粒子的特性，不仅对研究粒子的传播和扩散规律和机制有意义，对研究月球的资源也有参考价值。”

    太阳风每时每刻都有，一直在吹，而高能粒子只有在太阳风暴爆发的时候才有，太阳活动低年一般一年一两次，在太阳活动峰年的时候次数会达到每年十几次。目前是太阳活动低年，万一高能粒子探测器没有捕捉到太阳高能粒子怎么办？

    “这也很有可能。”王世金心情有点复杂，“从卫星保障角度来说，碰不见太阳高能粒子爆发是好事，但从科学研究来说，我倒希望碰到它们。”

    对大众生活同样有意义

    太阳风暴爆发可能会对地球产生较大影响，有关地球上的通讯系统、广播系统、导航定位系统等受太阳风暴影响的报道早已屡见不鲜。但太阳风粒子是怎么传输到地球来的？

    “如果我们清楚它的传输规律，就知道太阳风暴爆发时，带电粒子能不能传到地球来，对地球的影响有多大，就可以进行准确的空间环境预报。”王世金说。

    太阳风的速度一般在每秒400公里以上，最大可达1000多公里。太阳风暴爆发时喷出的高能粒子最快可接近光速。地球有磁场保护，免受太阳粒子的轰击；但在地球两极，开放的磁场形如漏斗，太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个漏斗侵入地球大气。地球空间发生磁暴时，远处的带电粒子也会沿着这个漏斗的边缘进入地球大气。这些侵入的带电粒子轰击大气，就会形成绚丽多彩的极光。

    王世金是黑龙江人，从小到大却都没有看见过极光。但他说：“同样是北纬50度左右，如果在北美，极光却很常见。道理就是地球的磁场轴和地球的自旋轴不重叠，造成磁场的结构不对称。”

    我国境内的航班基本不受太阳粒子影响，但北美和欧洲高纬飞行的空哥、空姐却有可能面临太阳粒子辐射的危险。美国已经开发了经北极到中国的航线，以绕过遥远的太平洋，该航线就面临极区空间天气的问题。当发生大的太阳粒子事件时，该航线就按规定停飞，以避免不必要的辐射危险。历史上曾有过协和飞机跨大西洋飞行时，舱内辐射剂量超过了安全警戒线。

    “执行载人航天任务的宇航员更容易遭遇这种危险，如果在空间环境不好的情况下出舱，生命都可能面临危险。随着航天器越来越多，空间环境的监测和预报也越来越重要。如果我们把空间环境的变化规律研究清楚了，对今后的空间环境保障有重要意义。”王世金说。

    谈及第一次开机，王世金自豪地说：“在嫦娥一号卫星绕地飞行的时候，我们已经完美地测量了一个地球辐射带的结构，在绕地和飞月的路途中，什么时候有强粒子辐射、什么时候没有，我们已经获得了初步的探测数据。”

    对得起国家，对得起纳税人

    从早期的风云卫星上搭载的粒子探测器，到神舟系列飞船上搭载的各种空间环境探测器，我国共有20余颗航天器搭载了中科院空间中心的各种空间环境探测器。空间中心已成为我国最重要的天基空间环境探测基地。研制空间环境探测器对空间中心、对王世金带领的研究团队来说，都不是什么新鲜事。但这并不意味着嫦娥一号卫星上搭载的粒子探测器是依葫芦画瓢。

    王世金说：“虽然我们的仪器是‘改进型’，但还是针对月球环境的特点进行了针对性的创新设计，例如高能粒子的多成分测量、太阳风离子的48能道设计和抗光污染设计等。为保证探测器质量，研制团队还进行了大量的工艺改进。元器件都经过精心筛选，关键器件每一个都经X光检查，并在真空下进行温度循环试验，挑出最好的安装。”

    太阳风离子探测器加电工作时，仪器内部的电压高达几千伏。王世金说：“高压电源的产生和防止高压放电是探测器研制中的一个重要难点。我们解决这一问题差不多花了半年时间。这期间几乎没有周末，没有节假日。高压电源试验必须在真空条件下做，每次试验都要做一星期左右，白天夜里连轴转，研究组的小伙子都累哭了。我也心软了，但是嘴上不能软。航天是大系统工程，各研制单位必须按进度和质量进行研制。任何一个环节耽搁了，整个进度就要往后拖。我们再苦也要按时按质完成任务。”

    为省时间，研究组有人曾问过王世金：“有些类似的实验能不能免做，可以根据以前的试验推论一下。”这被王世金拒绝了：“如果‘上天’出了问题，上对不起国家，下对不起纳税人。既然我们承担这个项目，就应该把它做好，任何一个改进都要通过实验来验证。”

    研究组的严谨工作得到了回报，王世金说：“自交付卫星总体以后，3台探测器从未出现过问题，在轨飞行也表现很好。”

    未来的探测器会更“漂亮”

    “未来的探测器会更‘漂亮’。”在采访中，王世金也透露，“正在研制的火星探测卫星的粒子探测器的重量不及嫦娥一号太阳风离子探测器的1/3，新研制的探测器肯定比现在的好。随着探测技术和研制工艺的提升，新开发的探测器不仅在重量上更轻，在探测功能上更加强大，而且测量指标更加精细。”

    嫦娥一号的太阳风离子探测器还只能做到扇面探测，靠卫星绕月飞行推扫，测量整个月球空间环境。“但是在探月二期工程中，航天器要实现月表着陆，如果探测器在着陆点还只能测扇面空间环境，测量面就非常窄了，我们将开发半球探测的探测器。”

    王世金说：“我们有能力做出更新的探测器，事实上，我们也完成了物理仿真，并已经做出一部分部件，以迎接新的探测任务。”