Photographing Earth's Magnetic Field with SMILE

人类肉眼无法观测太阳风与地球磁层的相互作用，但中欧联合研制的“微笑计划”（SMILE）卫星让这一过程清晰可见。

▲ 2026年5月18日，搭载“微笑计划”卫星的Vega-C火箭在法属圭亚那库鲁发射中心。（图源：新华社）

近日，“微笑计划”首批观测图像及科学数据正式发布。中国科学院国家空间科学中心主任、该卫星中方首席科学家王赤表示，这成功验证了卫星对地观测成像能力。该卫星能够全球尺度追踪磁层演化，实时获取太阳风参数，为观测地磁暴、亚暴等空间天气现象提供了全新手段。

太阳风携带的高能粒子沿磁力线进入极区高层大气，碰撞产生极光。极光形态与亮度的变化，揭示了太阳风向地球磁层输入能量的强度与分布。

为清晰捕捉极光，SMILE搭载了紫外极光成像仪，其核心组件包括相机与电控箱，专门用于捕获极光发出的真空紫外信号。

技术挑战在于，极光信号比太阳背景光弱7至8个数量级。国家空间科学中心研究员王永梅形容：“这如同在光的海洋中寻找一根蜡烛，并看清火焰细节。”相机必须具备收集、增强及成像极微弱紫外极光的能力，而真空紫外校准是验证该能力的关键。

由于大气对紫外波段光线吸收强烈，相机的安装、调试及性能测试均需在真空罐中进行。尽管时间紧迫，团队仍对每个设计进行了全链路仿真迭代，并在真空环境中反复测试各组件。2026年7月，紫外极光成像仪成功在轨获取紫外极光数据。

清晰观测极光后，团队面临下一挑战：捕捉空间磁场信号。卫星搭载的磁强计需具备极高灵敏度，因其探测的信号强度不足地球磁场的千分之一。

磁强计的灵敏度主要受限于传感器磁芯材料及线圈绕制工艺。研究人员绕制数十个线圈样品，经严格测试后筛选出三个最佳传感器。

随后是更艰巨的任务：抑制磁干扰。卫星内部许多材料具有固有磁性，仪器电路通电时也会产生磁场。若将磁强计直接安装在卫星本体上，将无法区分真实空间磁场与卫星自身产生的干扰信号。

因此，磁强计必须安装在远离卫星本体的长伸展臂顶端。然而，伸展臂本身也可能产生磁干扰。团队不得不对每一个小金属部件进行单独测试，经过多轮筛选，最终选定了一批磁特性低于极低阈值的金属组件。

最后的挑战是将所有有效载荷集成到SMILE平台上，以最大化科学探索效率。由于所选运载火箭无法一次性将卫星送入目标轨道，卫星需利用 onboard 推进模块，通过多次变轨逐步提升高度，犹如“爬楼梯”。

卫星总质量被严格限制在2.25吨，其中大部分为推进剂燃料，留给卫星平台的质量仅200余公斤。研究团队必须采用最轻的结构来支撑整个载荷。

团队提出前所未有的方案：移除推进模块外壳，暴露四个大型燃料箱。但在地面振动测试中，燃料箱剧烈晃动，稳定性难以保证。

为承受发射期间的强烈振动，每根拉杆必须施加恰当的预紧力。预紧力过大会损坏油箱，过小则无法有效约束。团队反复测量装配间隙、拧紧力矩及振动响应曲线，经过多次调整，最终使测试结果满足要求。

王赤指出，SMILE将开启空间天气预报的新纪元，推动预报从定性描述向定量预测转变，显著提升预报的准确性与能力。