“太陽風-磁層相互作用全景成像”（SMILE）衛(wèi)星計劃作為空間科學先導專項二期衛(wèi)星項目中最早進入工程研制階段的衛(wèi)星任務，是繼“雙星計劃”之后，又一個中歐合作的大型空間科學項目。
由中國和歐洲科學家共同提出，旨在大傾角、大橢圓軌道上，對向陽側磁層頂、極尖區(qū)和地球極光進行全景成像，同時通過原位測量地磁場、等離子體，以提高人類對于太陽活動與地球磁場變化的相互關系的認知。
1. 科學目標與任務
SMILE的科學目標是探測太陽風-磁層相互作用的大尺度結構和基本模式，認知地球亞暴整體變化過程和活動周期，探索日冕物質拋射事件（CME）驅動的磁暴發(fā)生和發(fā)展。針對的是太陽風與磁層相互作用的全球性科學問題。
SMILE的工程任務目標是在中歐空間科學衛(wèi)星合作框架下，共同研制并發(fā)射一顆SMILE衛(wèi)星，在大傾角、大橢圓軌道（5000km×19Re，地球半徑Re=6370km）上，利用有效載荷首次對太陽風和地球磁層之間的相互作用進行連續(xù)的全球成像，對磁層及太陽風成分進行原位探測，推動人類進一步了解太陽活動對地球等離子體環(huán)境和空間天氣的影響。
2. 有效載荷配置
為實現(xiàn)其科學目標，SMILE衛(wèi)星配置了4 臺有效載荷：軟X射線成像儀（SXI）、紫外極光成像儀（UVI）、低能離子分析儀（LIA）及磁強計（MAG）。軟X射線成像儀主要提供向陽側磁層頂?shù)腦射線成像圖；紫外極光成像儀給出全球極光分布圖；軟X射線成像儀和紫外極光成像儀相互配合，實現(xiàn)太陽風-磁層相互作用的全景成像；低能離子分析儀和磁強計對上游太陽風或磁鞘等離子體以及磁場進行實時的原位探測，測量驅動源頭。
▲ 低能離子分析儀實物圖
▲ 磁強計實物圖
3. SMILE衛(wèi)星工程設計
衛(wèi)星軌道：SMILE衛(wèi)星為大橢圓軌道， 遠地點19Re，近地點5000km，軌道傾角98.2° [ 采用“ 聯(lián)盟”（Soyuz）]或軌道傾角63°～100°[采用織女星－C（Vega－C）]，近地點幅角280°。
▲ SMILE衛(wèi)星軌道示意圖
衛(wèi)星系統(tǒng)：SMILE衛(wèi)星組合體為三艙結構，由有效載荷艙、服務艙和推進艙組成，為三軸穩(wěn)定衛(wèi)星。中方負責衛(wèi)星總體設計并研制服務艙和推進艙，ESA負責有效載荷艙研制。
▲ SMILE衛(wèi)星結構圖
運載火箭系統(tǒng)：運載火箭由ESA負責，由“聯(lián)盟”或阿里安－6－2（Ariane－6－2）“一箭雙星”發(fā)射至700km高的太陽同步軌道，傾角為98.7°；或用織女星－C單獨發(fā)射到低地球軌道，之后通過推進艙變軌至大橢圓探測軌道。
發(fā)射場系統(tǒng)：由ESA 完成圭亞那庫魯航天中心的適應性建設，承擔運載火箭和衛(wèi)星的測試、發(fā)射任務，并提供地面技術支持與勤務保障。
測控系統(tǒng)：測控系統(tǒng)主要由中方負責，歐洲航天控制中心（ESOC）等單位參加。SMILE衛(wèi)星預計于2021年底發(fā)射，衛(wèi)星組合體與運載火箭分離前的測控由ESA負責，分離后的測控由中方負責。
地面支撐系統(tǒng)：中方在“空間科學先導專項”的“十二五”規(guī)劃已有的基礎上完成適應性建設，主要實施有效載荷運控管理、科學數(shù)據(jù)接收、0級以下科學數(shù)據(jù)處理、各級數(shù)據(jù)產(chǎn)品的管理、長期科學數(shù)據(jù)產(chǎn)品的發(fā)布服務。
科學應用系統(tǒng)：中歐雙方完成各自科學應用系統(tǒng)研制建設，協(xié)同制定SMILE衛(wèi)星任務的科學戰(zhàn)略規(guī)劃和科學探測計劃等，監(jiān)視計劃執(zhí)行情況；分析有效載荷在軌性能，提出有效載荷在軌運行參數(shù)調(diào)整需求；開展科學數(shù)據(jù)的標定處理，產(chǎn)生科學快視數(shù)據(jù)，生成一級以上數(shù)據(jù)產(chǎn)品。地面段部分包括測控系統(tǒng)、地面支撐系統(tǒng)和科學應用系統(tǒng)及相應國外測控站。
4. 結語
中歐聯(lián)合科學評議委員會對SMILE衛(wèi)星給予了高度評價：SMILE衛(wèi)星將運用全新的X射線成像技術，首次實現(xiàn)太陽風-磁層相互作用過程的全景觀測，對了解并定量分析日地耦合系統(tǒng)的全局特性起到至關重要的作用。
作者：王赤，李自杰 等
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